JP5219090B2 - 3D shape measuring device, 3D shape measuring method - Google Patents

3D shape measuring device, 3D shape measuring method Download PDF

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JP5219090B2 JP2009158283A JP2009158283A JP5219090B2 JP 5219090 B2 JP5219090 B2 JP 5219090B2 JP 2009158283 A JP2009158283 A JP 2009158283A JP 2009158283 A JP2009158283 A JP 2009158283A JP 5219090 B2 JP5219090 B2 JP 5219090B2
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本発明は、物体の3次元形状を一台のカメラで測定可能な3次元形状測定装置又は3次元形状測定方法に関する。   The present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus or a three-dimensional shape measuring method capable of measuring a three-dimensional shape of an object with a single camera.
測定対象物の3次元形状を検出する装置としては従来から種々のものが知られている。例えば、測定対象物に対して電磁波や音波を射出し、反射波を受信するまでの時間や反射角の情報に基づいて測定対象物の特徴点までの距離を検出する装置が知られている。また、特許文献1に示されているように、複数台のカメラを用いて静止した測定対象物を撮影し、当該複数台のカメラによる画像データに基づいて3次元形状を検出する装置も知られている。   Various devices for detecting the three-dimensional shape of a measurement object are conventionally known. For example, an apparatus is known that detects the distance to a feature point of a measurement object based on information on time and reflection angle until the measurement object is irradiated with electromagnetic waves or sound waves and a reflected wave is received. Further, as disclosed in Patent Document 1, there is also known an apparatus that captures a stationary measurement object using a plurality of cameras and detects a three-dimensional shape based on image data obtained by the plurality of cameras. ing.
特開平6−58738JP-A-6-58738
しかしながら、反射波から測定対象物の3次元形状を測定する装置は複雑で大がかりなものになりやすく、手軽に実施できないという問題がある。また、複数台のカメラを用いて測定対象物の3次元形状を測定する装置は、測定対象物に対する死角をなくすために相当数のカメラを設置する必要があり、コストがかかるという問題があった。また、その他の3次元形状測定装置に関しても遠近感の効果を考慮しているものが少なく、測定環境によっては誤差が大きくなるものが多かった。   However, there is a problem that an apparatus for measuring a three-dimensional shape of a measurement object from a reflected wave tends to be complicated and large and cannot be easily implemented. In addition, a device that measures the three-dimensional shape of a measurement object using a plurality of cameras needs to install a considerable number of cameras in order to eliminate the blind spot with respect to the measurement object. . In addition, there are few other three-dimensional shape measuring apparatuses that take into account the effect of perspective, and many errors increase depending on the measurement environment.
以上の課題を解決するため、本発明は、基準面に対する法線を回転軸として回転する回転テーブルの上に載置された測定物体が回転テーブルと供に回転する様子を捉えた動画像で、固定点から前記回転テーブルの回転中心に視線を向けたカメラにより撮影された動画像のデータを取得する動画像取得部と、前記動画像を構成するフレームにおける前記測定物体の複数の特徴点を抽出する特徴点抽出部と、前記特徴点の回転軌跡が前記フレーム上に投影された投影回転軌跡を検出する投影回転軌跡検出部と、前記特徴点の回転中心が前記フレーム上に投影された投影回転中心の2次元投影座標を検出する投影回転中心検出部と、前記特徴点の投影回転軌跡及び投影回転中心の2次元投影座標に基づいて回転テーブルの回転軸から特徴点までの距離である回転半径を検出する回転半径検出部と、前記カメラのカメラアングル及びカメラから回転テーブルの回転中心までの距離である視線距離をカメラパラメータとして取得するカメラパラメータ取得部と、前記特徴点の投影回転中心の2次元投影座標と前記カメラパラメータに基づいて特徴点の回転中心から回転テーブルの回転中心までの距離である回転中心高度を検出する回転中心高度検出部と、前記回転テーブルの回転軸を基準とした特徴点間の角度である回転中心角を検出する回転中心角検出部と、前記特徴点の回転半径及び回転中心高度及び回転中心角に基づいて3次元位置データを出力する3次元位置データ出力部と、を有する3次元形状測定装置などを提案する。     In order to solve the above problems, the present invention is a moving image that captures a state in which a measurement object placed on a rotary table that rotates with a normal to the reference plane as a rotation axis rotates together with the rotary table. A moving image acquisition unit that acquires data of a moving image captured by a camera whose line of sight is directed from the fixed point to the rotation center of the rotation table, and extracts a plurality of feature points of the measurement object in a frame constituting the moving image A feature point extraction unit, a projection rotation locus detection unit that detects a projection rotation locus in which the rotation locus of the feature point is projected onto the frame, and a projection rotation in which the rotation center of the feature point is projected onto the frame. A projection rotation center detection unit for detecting a center two-dimensional projection coordinate; and a distance from the rotation axis of the rotation table to the feature point based on the projection rotation locus of the feature point and the two-dimensional projection coordinate of the projection rotation center. A rotation radius detection unit that detects a rotation radius, a camera parameter acquisition unit that acquires a camera angle of the camera and a line-of-sight distance that is a distance from the camera to the rotation center of the rotation table, and projection of the feature points Based on the two-dimensional projection coordinates of the rotation center and the camera parameters, a rotation center height detection unit that detects a rotation center height that is a distance from the rotation center of the feature point to the rotation center of the rotation table, and a rotation axis of the rotation table A rotation center angle detection unit that detects a rotation center angle that is an angle between reference feature points, and a three-dimensional position that outputs three-dimensional position data based on the rotation radius, rotation center height, and rotation center angle of the feature points A three-dimensional shape measuring apparatus having a data output unit is proposed.
また、基準面に対する法線を回転軸として回転する回転テーブルの上に載置された測定物体が回転テーブルと供に回転する様子を捉えた動画像で、固定点から前記回転テーブルの回転中心に視線を向けたカメラにより撮影された動画像のデータを取得する動画像取得ステップと、前記動画像を構成するフレームにおける前記測定物体の複数の特徴点を抽出する特徴点抽出ステップと、前記特徴点の回転軌跡がフレーム上に投影された投影回転軌跡を検出する投影回転軌跡検出ステップと、前記特徴点の回転中心がフレーム上に投影された投影回転中心の2次元投影座標を検出する投影回転中心検出ステップと、前記特徴点の投影回転軌跡及び投影回転中心の2次元投影座標に基づいて回転テーブルの回転軸から特徴点までの距離である回転半径を検出する回転半径検出ステップと、前記カメラのカメラアングル及びカメラから回転テーブルの回転中心までの距離である視線距離をカメラパラメータとして取得するカメラパラメータ取得ステップと、前記特徴点の投影回転中心の2次元投影座標と前記カメラパラメータに基づいて特徴点の回転中心から回転テーブルの回転中心までの距離である回転中心高度を検出する回転中心高度検出ステップと、前記回転テーブルの回転軸を基準とした特徴点間の角度である回転中心角を検出する回転中心角検出ステップと、前記特徴点の回転半径及び回転中心高度及び回転中心角に基づいて3次元位置データを出力する3次元位置データ出力ステップと、を有する3次元形状測定方法などを提案する。   In addition, a moving image that captures a state in which a measurement object placed on a rotary table that rotates with a normal to the reference plane as a rotation axis rotates together with the rotary table, from a fixed point to the rotation center of the rotary table. A moving image acquisition step of acquiring data of a moving image captured by a camera with a line of sight, a feature point extracting step of extracting a plurality of feature points of the measurement object in a frame constituting the moving image, and the feature points A projection rotation trajectory detecting step for detecting a projection rotation trajectory in which the rotation trajectory is projected on the frame, and a projection rotation center for detecting a two-dimensional projection coordinate of the projection rotation center in which the rotation center of the feature point is projected on the frame Rotation half that is a distance from the rotation axis of the rotary table to the feature point based on the detection step and the projection rotation locus of the feature point and the two-dimensional projection coordinates of the projection rotation center A rotation radius detection step for detecting the camera angle, a camera parameter acquisition step for acquiring a camera angle and a line-of-sight distance, which is a distance from the camera to the rotation center of the rotation table, as a camera parameter; A rotation center height detecting step for detecting a rotation center height that is a distance from the rotation center of the feature point to the rotation center of the rotation table based on the three-dimensional projection coordinates and the camera parameter, and a feature based on the rotation axis of the rotation table A rotation center angle detection step for detecting a rotation center angle that is an angle between points, and a three-dimensional position data output step for outputting three-dimensional position data based on the rotation radius, rotation center height, and rotation center angle of the feature point; A three-dimensional shape measuring method and the like are proposed.
以上のような構成をとる本発明によって、1台のカメラのみで物体の3次元形状を精度良く測定することが可能になる。   According to the present invention having the above configuration, it is possible to accurately measure the three-dimensional shape of an object with only one camera.
実施例1の装置の機能ブロックの一例を示す図The figure which shows an example of the functional block of the apparatus of Example 1. 実施例1の装置の機能を実現するための構成の一例を示す図The figure which shows an example of the structure for implement | achieving the function of the apparatus of Example 1. FIG. 投影回転軌跡の見え方を示す図Diagram showing how the projected rotation trajectory looks 投影回転中心と投影回転軌跡の中心の関係を示す図Diagram showing the relationship between the projection rotation center and the center of the projection rotation trajectory 投影回転中心と回転中心高度の関係を示す図Diagram showing the relationship between the projection rotation center and the rotation center height 実施例1の装置のハードウェア構成の一例を示す図The figure which shows an example of the hardware constitutions of the apparatus of Example 1. 実施例1の処理手順の一例を示す図The figure which shows an example of the process sequence of Example 1. 実施例2の装置の機能ブロックの一例を示す図The figure which shows an example of the functional block of the apparatus of Example 2. 実施例2の特徴点抽出ステップの処理手順の一例を示す図The figure which shows an example of the process sequence of the feature point extraction step of Example 2. 実施例3の装置の機能ブロックの一例を示す図The figure which shows an example of the functional block of the apparatus of Example 3. 実施例4の装置の機能ブロックの一例を示す図The figure which shows an example of the functional block of the apparatus of Example 4. 半回転目印点を有する回転テーブルの一例を示す図The figure which shows an example of the rotary table which has a half-turn mark point 半回転目印点を利用して半回転を検出する処理を示す図The figure which shows the process which detects a half rotation using a half-turn mark point 実施例4の投影回転中心を検出する手段を示す図The figure which shows the means to detect the projection rotation center of Example 4. FIG. 実施例4の投影回転中心検出ステップの処理手順の一例を示す図The figure which shows an example of the process sequence of the projection rotation center detection step of Example 4. FIG. 実施例5の装置の機能ブロックの一例を示す図The figure which shows an example of the functional block of the apparatus of Example 5. 投影回転中心に関する仮定に基づいて各特徴点の座標を検出する処理を示す図The figure which shows the process which detects the coordinate of each feature point based on the assumption regarding a projection rotation center 回転軸方向から見た特徴点の各時刻における2次元投影座標を示す図The figure which shows the two-dimensional projection coordinate in each time of the feature point seen from the rotating shaft direction 実施例6の装置の機能ブロックの一例を示す図The figure which shows an example of the functional block of the apparatus of Example 6. カメラパラメータと投影回転軌跡のパラメータの位置関係を示す図Diagram showing the positional relationship between camera parameters and projection rotation trajectory parameters 実施例7の装置の機能ブロックの一例を示す図The figure which shows an example of the functional block of the apparatus of Example 7. 回転目盛を利用して回転中心角を検出する例を示す図The figure which shows the example which detects a rotation center angle using a rotation scale 実施例8の装置の機能ブロックの一例を示す図The figure which shows an example of the functional block of the apparatus of Example 8. 実施例9の装置の機能ブロックの一例を示す図The figure which shows an example of the functional block of the apparatus of Example 9. 2次元投影座標とカメラパラメータを示した図Diagram showing 2D projection coordinates and camera parameters
以下に、本発明の実施例を説明する。実施例と請求項の相互の関係は、以下のとおりである。実施例1は主に請求項1、12などに関し、実施例2は主に請求項2、13などに関し、実施例3は主に請求項3、14などに関し、実施例4は主に請求項4、5、6、15、16、17などに関し、実施例5は主に請求項7、18などに関し、実施例6は主に請求項8、19などに関し、実施例7は主に請求項9、20などに関し、実施例8は主に請求項10、21などに関し、実施例9は主に請求項11、22などに関する。なお、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、様々な態様で実施しうる。   Examples of the present invention will be described below. The relationship between the embodiments and the claims is as follows. Example 1 mainly relates to claims 1 and 12, etc. Example 2 mainly relates to claims 2 and 13 etc. Example 3 mainly relates to claims 3 and 14 etc. Example 4 mainly claims 4, 5, 6, 15, 16, 17, etc., Example 5 mainly relates to claims 7, 18, etc., Example 6 mainly relates to claims 8, 19, etc., and Example 7 mainly claims. The ninth embodiment mainly relates to claims 10 and 21 and the ninth embodiment mainly relates to claims 11 and 22. In addition, this invention is not limited to these Examples at all, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof.
<概要>
本実施例の3次元形状測定装置は、回転テーブルの上に載置された測定物体が撮影された動画像を取得し、測定物体の特徴点の投影回転軌跡や投影回転中心の2次元投影座標等のデータに基づいて特徴点の回転半径、回転中心高度、特徴点間の角度を検出し、3次元位置データを出力することが可能である。これにより、測定物体の3次元形状を認識することが可能になる。
<Overview>
The three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment acquires a moving image in which a measurement object placed on a rotary table is photographed, and projects a projection rotation locus of a characteristic point of the measurement object and a two-dimensional projection coordinate of a projection rotation center. Based on such data, the radius of rotation of the feature point, the height of the center of rotation, and the angle between the feature points can be detected, and three-dimensional position data can be output. This makes it possible to recognize the three-dimensional shape of the measurement object.
<構成>
図1は、本実施例の3次元形状測定装置の機能ブロックの一例を示す図である。本件発明の構成要素である各部は、ハードウェア、ソフトウェア、ハードウェアとソフトウェアの両者、のいずれかによって構成される。例えば、これらを実現する一例として、コンピュータを利用する場合には、CPU、メインメモリ、バス、インターフェイス、周辺機器などから構成されるハードウェアと、これらのハードウェア上にて実現可能なソフトウェアを挙げることができる。具体的には、メインメモリ上に展開されたプログラムを順次実行することで、メインメモリ上のデータや、インターフェイスを介して入力されるデータの加工、蓄積、出力などにより各部の機能が実現される。
<Configuration>
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of functional blocks of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present embodiment. Each unit, which is a component of the present invention, is configured by either hardware, software, or both hardware and software. For example, as an example for realizing these, when a computer is used, hardware including a CPU, a main memory, a bus, an interface, a peripheral device, and the like, and software that can be realized on these hardware are listed. be able to. Specifically, by sequentially executing the program expanded on the main memory, the function of each unit is realized by processing, storing, outputting, etc., data on the main memory and data input via the interface. .
同図において、本実施例の「3次元形状測定装置」0100は、「動画像取得部」0101と、「特徴点抽出部」0102と、「投影回転軌跡検出部」0103と、「投影回転中心検出部」0104と、「回転半径検出部」0105と、「カメラパラメータ取得部」0106と、「回転中心高度検出部」0107と、「回転中心角検出部」0108と、「3次元位置データ出力部」0109とからなる。なお、本発明は、装置として実現できるのみでなく、方法としても実現可能である(本明細書の全体を通して同様である)。   In the figure, a “three-dimensional shape measuring apparatus” 0100 of the present embodiment includes a “moving image acquisition unit” 0101, a “feature point extraction unit” 0102, a “projection rotation locus detection unit” 0103, and a “projection rotation center”. "Detection unit" 0104, "Rotation radius detection unit" 0105, "Camera parameter acquisition unit" 0106, "Rotation center height detection unit" 0107, "Rotation center angle detection unit" 0108, "3D position data output" Part "0109. Note that the present invention can be implemented not only as an apparatus but also as a method (the same applies throughout the present specification).
「動画像取得部」は、基準面に対する法線を回転軸として回転する回転テーブルの上に載置された測定物体が回転テーブルと供に回転する様子を捉えた動画像で、固定点から前記回転テーブルの回転中心に視線を向けたカメラにより撮影された動画像のデータを取得する機能を有する。当該機能を実現するための構成の一例を示したのが図2である。この図の例ではカメラから直接的に動画像のデータを取得する構成を示しているが、ネットワークを介して取得することも可能であるし、外部記憶媒体から間接的に取得することも可能である。また、回転テーブルの回転は必ずしも一定角速度で回転する必要はなく、角速度の大きさが変動するような回転も可能である。また、動画像のデータは複数のフレームデータの集合であり、動画像のデータから各フレームの画素値や撮影タイミングの情報が取得される。   The “moving image acquisition unit” is a moving image that captures a state in which a measurement object placed on a rotating table that rotates with a normal to the reference plane as a rotation axis rotates together with the rotating table. It has a function of acquiring moving image data taken by a camera whose line of sight is directed to the rotation center of the rotary table. FIG. 2 shows an example of a configuration for realizing the function. In the example of this figure, a configuration is shown in which moving image data is acquired directly from a camera, but it is also possible to acquire it via a network or indirectly from an external storage medium. is there. Further, the rotation table does not necessarily have to rotate at a constant angular velocity, and rotation with a variable angular velocity is also possible. The moving image data is a set of a plurality of frame data, and the pixel value and shooting timing information of each frame are acquired from the moving image data.
「特徴点抽出部」は、前記動画像を構成するフレームにおける前記測定物体の複数の特徴点を抽出する機能を有する。例えば特徴点として測定物体の頂点を抽出することも可能であるし、測定物体の輪郭線上の点を抽出することも可能である。特徴点を抽出する手段としては、フレームにおいて特徴点を特定するための情報を受け付けて、当該情報に基づいて特徴点を特定する方法が考えられる(実施例2にて説明する)。また、特徴点を抽出するためのプログラムを予め保持しておく構成も可能である。例えば各フレーム上の測定物体の頂点を画素値(明暗)の変化から検出する処理を行うことが考えられる。また、測定物体の特徴点を任意のフレームから複数選択して画素値の情報を取得し、その他のフレームにおける同特徴点を当該画素値の情報に基づいて検出する処理を行うことなどが考えられる。   The “feature point extraction unit” has a function of extracting a plurality of feature points of the measurement object in a frame constituting the moving image. For example, it is possible to extract the vertex of the measurement object as a feature point, and it is also possible to extract a point on the outline of the measurement object. As a means for extracting a feature point, a method of receiving information for specifying a feature point in a frame and specifying a feature point based on the information can be considered (described in a second embodiment). In addition, a configuration in which a program for extracting feature points is held in advance is also possible. For example, it is conceivable to perform processing for detecting a vertex of a measurement object on each frame from a change in pixel value (brightness / darkness). It is also possible to select a plurality of feature points of the measurement object from an arbitrary frame, acquire pixel value information, and perform processing to detect the same feature point in other frames based on the pixel value information. .
「投影回転軌跡検出部」は、前記特徴点の回転軌跡が前記フレーム上に投影された投影回転軌跡を検出する機能を有する。図3に示すように、特徴点の投影回転軌跡は回転テーブルの回転軸の方向から見た場合は円軌跡となるが、回転軸の方向から外れた方向から見た場合は楕円軌跡となる。また、各特徴点は一般的に回転テーブルの回転軸からの距離や回転テーブルの基準面からの高さが異なるため、異なった投影回転軌跡を描くことになる。   The “projection rotation locus detector” has a function of detecting a projection rotation locus in which the rotation locus of the feature point is projected on the frame. As shown in FIG. 3, the projected rotation trajectory of the feature point is a circular trajectory when viewed from the direction of the rotation axis of the rotary table, but is an elliptical trajectory when viewed from a direction away from the direction of the rotation axis. In addition, since each feature point generally has a different distance from the rotation axis of the rotary table and a height from the reference surface of the rotary table, different projection rotation trajectories are drawn.
特徴点の投影回転軌跡の検出する手段としては、一の特徴点につき4以上の2次元投影座標に基づいて投影回転軌跡を示す楕円方程式の未知数を算出することが考えられる(実施例3にて説明する)。   As a means for detecting the projection rotation trajectory of the feature point, it is conceivable to calculate an unknown number of elliptic equations indicating the projection rotation trajectory based on four or more two-dimensional projection coordinates for one feature point (in the third embodiment). explain).
「投影回転中心検出部」は、前記特徴点の回転中心が前記フレーム上に投影された投影回転中心の2次元投影座標を検出する機能を有する。特徴点の投影回転中心は回転テーブルの回転軸の方向から見た場合は投影回転軌跡(円軌跡)の中心と一致するが、図4に示すように、回転軸の方向からずれた方向から見た場合は投影回転軌跡(楕円軌跡)の中心とは一致しない。これは、カメラに近い線分bは大きく映り、カメラから遠い線分aは小さく映るためである。本実施例の3次元形状測定装置では、以下に述べる検出手段等を用いて投影回転中心を検出するため、遠近感の効果を考慮して各特徴点の3次元位置を特定することが可能になる。   The “projection rotation center detection unit” has a function of detecting a two-dimensional projection coordinate of the projection rotation center in which the rotation center of the feature point is projected on the frame. The projection rotation center of the feature point coincides with the center of the projection rotation locus (circular locus) when viewed from the direction of the rotation axis of the rotary table, but as shown in FIG. In this case, it does not coincide with the center of the projection rotation locus (elliptical locus). This is because the line segment b near the camera appears large and the line segment a far from the camera appears small. In the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment, the projection rotation center is detected by using the detection means described below, so that the three-dimensional position of each feature point can be specified in consideration of the effect of perspective. Become.
投影回転中心の2次元投影座標を検出する手段としては、回転テーブルが半回転したことを検出する手段を別に設け、半回転分の開きがある2つのフレームを各特徴点について2組以上抽出し、当該2つのフレームにおける特徴点の2次元投影座標を直線で結んで形成される線分の交点をフレーム上の投影回転中心として検出する手段が考えられる(実施例4にて説明する)。また、回転テーブルが一定角速度で回転する場合は、角速度が一定であるとの条件と各特徴点の3以上のフレームの2次元投影座標と撮影時間の情報に基づいて投影回転中心の2次元投影座標を検出する手段が考えられる(実施例5にて説明する)。   As a means for detecting the two-dimensional projection coordinates of the center of projection rotation, a means for detecting that the rotary table is half-rotated is separately provided, and two or more sets of two frames having a half-rotation opening are extracted for each feature point. A means for detecting an intersection of line segments formed by connecting two-dimensional projection coordinates of feature points in the two frames with straight lines as a projection rotation center on the frame can be considered (described in the fourth embodiment). When the rotary table rotates at a constant angular velocity, two-dimensional projection of the projection rotation center is performed based on the condition that the angular velocity is constant, the two-dimensional projection coordinates of three or more frames of each feature point, and the information of the photographing time. A means for detecting the coordinates can be considered (described in the fifth embodiment).
「回転半径検出部」は、前記特徴点の投影回転軌跡及び投影回転中心の2次元投影座標に基づいて回転テーブルの回転軸から特徴点までの距離である回転半径を検出する機能を有する。図4に示すように、投影回転中心を始点とする投影回転軌跡(楕円)の長半径と平行な線分cは、フレーム平面と回転テーブルで形成される交線であり、投影回転軌跡(円)の実半径r(特徴点の回転半径)とみなすことができる。   The “rotation radius detection unit” has a function of detecting a rotation radius that is a distance from the rotation axis of the rotary table to the feature point based on the projection rotation locus of the feature point and the two-dimensional projection coordinates of the projection rotation center. As shown in FIG. 4, a line segment c parallel to the major radius of the projection rotation locus (ellipse) starting from the projection rotation center is an intersection formed by the frame plane and the rotation table, and the projection rotation locus (circle) ) Of the actual radius r (the turning radius of the feature point).
「カメラパラメータ取得部」は、前記カメラのカメラアングル及びカメラから回転テーブルの回転中心までの距離である視線距離をカメラパラメータとして取得する機能を有する。カメラパラメータは予め初期条件として記憶装置などに保持しておき、必要に応じて読み出す構成が考えられる。また、回転テーブル上にある一の特徴点の投影回転軌跡に基づいてカメラパラメータを算出する手段も同様に考えられる(実施例6にて説明する)。   The “camera parameter acquisition unit” has a function of acquiring a camera angle of the camera and a line-of-sight distance that is a distance from the camera to the rotation center of the rotary table as camera parameters. A configuration is conceivable in which camera parameters are stored in advance in a storage device or the like as initial conditions and are read out as necessary. A means for calculating camera parameters based on the projected rotation trajectory of one feature point on the rotary table is also conceivable (described in Example 6).
「回転中心高度検出部」は、前記特徴点の投影回転中心の2次元投影座標と前記カメラパラメータに基づいて特徴点の回転中心から回転テーブルの回転中心までの距離である回転中心高度を検出する機能を有する。図5に示すように、回転テーブルの回転中心と特徴点の投影回転中心を結ぶ線分h'は回転中心高度hをフレーム上に投影したものである。よって、幾何学的な関係から、回転中心高度hは特徴点の投影回転中心の2次元投影座標h'とカメラパラメータ(カメラアングルθ、視線距離d)に基づいて数1のように表わされる。ここで、dやh'は計算処理の上で無次元の値として定義することも可能である。例えば、上記のようにカメラパラメータを一の特徴点の投影回転軌跡に基づいて算出している場合は、当該一の特徴点の回転半径を基準とした値とすることが考えられる。なお、ここでは回転テーブルの回転中心を原点とし、回転テーブルの回転中心から各特徴点の回転中心までの距離を回転中心高度として算出する構成としているが、一の特徴点の回転中心を原点とし、回転テーブル上にない特徴点間の距離を直接的に算出する構成とすることも可能である。
The “rotation center altitude detection unit” detects a rotation center altitude that is a distance from the rotation center of the feature point to the rotation center of the rotation table based on the two-dimensional projection coordinates of the projection rotation center of the feature point and the camera parameter. It has a function. As shown in FIG. 5, a line segment h ′ connecting the rotation center of the rotary table and the projected rotation center of the feature point is obtained by projecting the rotation center height h onto the frame. Therefore, from the geometrical relationship, the rotation center height h is expressed as shown in Equation 1 based on the two-dimensional projection coordinate h ′ of the projection rotation center of the feature point and the camera parameters (camera angle θ, line-of-sight distance d). Here, d and h ′ can be defined as dimensionless values in the calculation process. For example, when the camera parameter is calculated based on the projected rotation trajectory of one feature point as described above, it can be considered that the value is based on the rotation radius of the one feature point. Here, the rotation center of the rotary table is used as the origin, and the distance from the rotation center of the rotary table to the rotation center of each feature point is calculated as the rotation center altitude. However, the rotation center of one feature point is used as the origin. It is also possible to directly calculate the distance between feature points that are not on the rotary table.
「回転中心角検出部」は、前記回転テーブルの回転軸を基準とした特徴点間の角度である回転中心角を検出する機能を有する。ここで、回転中心角を検出する手段としては、回転テーブルの回転中心を中心とする一の円の円周上に一定角度間隔で配置された回転目盛を回転テーブルに設け、測定基準線を一の特徴点が通過してから他の特徴点が通過するまでに回転テーブルが回転した角度を回転目盛を利用して検出し、回転中心角とする手段が考えられる(実施例7にて説明する)。また、回転テーブルが一定角速度で回転する場合は、測定基準線を一の特徴点が通過してから他の特徴点が通過するまでの経過時間及び回転テーブルの周期に基づいて回転中心角を検出する手段も考えられる(実施例8にて説明する)。   The “rotation center angle detection unit” has a function of detecting a rotation center angle that is an angle between feature points based on the rotation axis of the rotation table. Here, as a means for detecting the rotation center angle, a rotation scale arranged at regular angular intervals on the circumference of one circle centered on the rotation center of the rotation table is provided on the rotation table, and a measurement reference line is set. A means for detecting the angle of rotation of the rotary table from the passage of the feature point to the passage of the other feature point using the rotary scale to obtain the rotation center angle can be considered (described in Example 7). ). When the rotary table rotates at a constant angular velocity, the rotation center angle is detected based on the elapsed time from the passage of one feature point through the measurement reference line to the passage of another feature point and the cycle of the turn table. A means to do this is also conceivable (described in Example 8).
「3次元位置データ出力部」は、前記特徴点の回転半径及び回転中心高度及び回転中心角に基づいて3次元位置データを出力する機能を有する。特徴点の回転半径rと回転中心高度h、回転中心角θが分かると各特徴点の3次元位置が特定されるため、3次元位置データを出力することが可能になる。出力する際のデータ形式は円柱座標系形式であってもよいし、3次元直行座標系形式や、その他の座標表示系形式であってもよい。また、出力データはRAMやHDD等の記憶装置に記憶させることも可能であるし、プリンタに印刷出力したり、ディスプレイに表示出力したりすることも可能である。
<具体的な構成>
The “three-dimensional position data output unit” has a function of outputting three-dimensional position data based on the rotation radius, rotation center height, and rotation center angle of the feature point. If the rotation radius r, rotation center height h, and rotation center angle θ of the feature point are known, the three-dimensional position of each feature point is specified, so that three-dimensional position data can be output. The data format for output may be a cylindrical coordinate system format, a three-dimensional orthogonal coordinate system format, or other coordinate display system format. The output data can be stored in a storage device such as a RAM or HDD, and can be printed out on a printer or displayed on a display.
<Specific configuration>
図6は、本実施例の3次元形状測定装置のハードウェア構成の一例を示す概略図である。この図を利用して、3次元形状測定装置のそれぞれのハードウェア構成の働きについて説明する。この図にあるように、3次元形状測定装置は、「CPU(中央演算装置)」0601、「メインメモリ」0602、「記憶装置」0603を備える。また、「カメラ」0604、「入力装置」0605、「ディスプレイ」0606、「プリンタ」0607、「通信装置」0608を備えている。これらは「システムバス」0609などのデータ通信経路によって相互に接続され、情報の送受信や処理を行う。以下、各装置の具体的な処理について説明する。   FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a hardware configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present embodiment. The operation of each hardware configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus will be described using this figure. As shown in this figure, the three-dimensional shape measuring apparatus includes a “CPU (central processing unit)” 0601, a “main memory” 0602, and a “storage device” 0603. Further, a “camera” 0604, an “input device” 0605, a “display” 0606, a “printer” 0607, and a “communication device” 0608 are provided. These are connected to each other through a data communication path such as “system bus” 0609, and perform transmission / reception and processing of information. Hereinafter, specific processing of each device will be described.
メインメモリには各プログラムが読み出され、CPUは読み出された当該プログラムを参照することで各種演算処理を実行する。また、このメインメモリや記憶装置にはそれぞれ複数のアドレスが割り当てられており、CPUの演算処理においては、そのアドレスを特定し格納されているデータにアクセスすることで、データを用いた演算処理を行うことが可能になっている。   Each program is read into the main memory, and the CPU executes various arithmetic processes by referring to the read program. In addition, a plurality of addresses are assigned to the main memory and the storage device, respectively, and in the arithmetic processing of the CPU, the arithmetic processing using the data is performed by specifying the address and accessing the stored data. It is possible to do.
CPUは動画像取得プログラムを実行し、動画像のデータを取得する処理を行う。ここで、動画像の取得指示を入力装置を介して受け付ける構成とすることも可能であるし、カメラ等が接続された場合は自動的に取得する構成とすることも可能である。取得されたデータはメインメモリの所定のアドレスに格納する。次にCPU特徴点抽出プログラムを実行し、取得された動画像を構成するフレームにおける測定物体の複数の特徴点を抽出する処理を行う。次にCPUは投影回転軌跡検出プログラムを実行し、抽出された特徴点に関して投影回転軌跡を検出する処理を行う。次にCPUは投影回転中心検出プログラムを実行し、各特徴点の投影回転中心の2次元投影座標を検出するための処理を行う。次にCPUは回転半径検出プログラムを実行し、各特徴点の投影回転軌跡及び投影回転中心の2次元投影座標に基づいて回転半径を検出する処理を行う。次にCPUはカメラパラメータ取得プログラムを実行し、記憶装置の所定のアドレスに格納されているカメラパラメータ(カメラアングルと視線距離のデータ)の値をメインメモリの所定のアドレスに読み出す処理を行う。次にCPUは回転中心高度検出プログラムを実行し、特徴点の投影回転中心の2次元投影座標とカメラパラメータに基づいて回転中心高度を検出する処理を行う。次にCPUは回転中心角プログラムを実行し、各特徴点間の回転中心角を検出する処理を行う。次に、CPUは3次元位置データ出力プログラムを実行し、回転半径及び回転中心高度及び回転中心角に基づいて3次元位置データを出力する処理を行う。   The CPU executes a moving image acquisition program and performs processing for acquiring moving image data. Here, it is possible to adopt a configuration in which a moving image acquisition instruction is received via an input device, or a configuration in which a moving image is automatically acquired when a camera or the like is connected. The acquired data is stored at a predetermined address in the main memory. Next, a CPU feature point extraction program is executed to perform a process of extracting a plurality of feature points of the measurement object in a frame constituting the acquired moving image. Next, the CPU executes a projection rotation locus detection program and performs a process of detecting the projection rotation locus with respect to the extracted feature points. Next, the CPU executes a projection rotation center detection program and performs processing for detecting the two-dimensional projection coordinates of the projection rotation center of each feature point. Next, the CPU executes a turning radius detection program, and performs processing for detecting the turning radius based on the projection rotation locus of each feature point and the two-dimensional projection coordinates of the projection rotation center. Next, the CPU executes a camera parameter acquisition program, and performs a process of reading the values of camera parameters (camera angle and line-of-sight distance data) stored at predetermined addresses in the storage device to predetermined addresses in the main memory. Next, the CPU executes a rotation center height detection program, and performs processing for detecting the rotation center height based on the two-dimensional projection coordinates of the projection rotation center of the feature point and the camera parameters. Next, the CPU executes a rotation center angle program and performs a process of detecting the rotation center angle between each feature point. Next, the CPU executes a three-dimensional position data output program, and performs processing for outputting three-dimensional position data based on the turning radius, the turning center height, and the turning center angle.
<処理手順>
図7は、本実施例の処理手順の一例を表す流れ図である。まず動画像取得ステップ(ステップS0701)では、基準面に対する法線を回転軸として回転する回転テーブルの上に載置された測定物体が回転テーブルと供に回転する様子を捉えた動画像で、固定点から前記回転テーブルの回転中心に視線を向けたカメラにより撮影された動画像のデータを取得する。特徴点抽出ステップ(ステップS0702)では、前記動画像を構成するフレームにおける前記測定物体の複数の特徴点を抽出する。投影回転軌跡検出ステップ(ステップS0703)では、前記特徴点の回転軌跡がフレーム上に投影された投影回転軌跡を検出する。投影回転中心検出ステップ(ステップS0704)では、前記特徴点の回転中心がフレーム上に投影された投影回転中心の2次元投影座標を検出する。回転半径検出ステップ(ステップS0705)では、前記特徴点の投影回転軌跡及び投影回転中心の2次元投影座標に基づいて回転テーブルの回転軸から特徴点までの距離である回転半径を検出する。カメラパラメータ取得ステップ(ステップS0706)では、前記カメラのカメラアングル及びカメラから回転テーブルの回転中心までの距離である視線距離をカメラパラメータとして取得する。回転中心高度検出ステップ(ステップS0707)では、前記特徴点の投影回転中心の2次元投影座標と前記カメラパラメータに基づいて特徴点の回転中心から回転テーブルの回転中心までの距離である回転中心高度を検出する。回転中心角検出ステップ(ステップS0708)では、前記回転テーブルの回転軸を基準とした特徴点間の角度である回転中心角を検出する。3次元位置データ出力ステップ(ステップS0709)では、前記特徴点の回転半径及び回転中心高度及び回転中心角に基づいて3次元位置データを出力する。
<Processing procedure>
FIG. 7 is a flowchart showing an example of the processing procedure of this embodiment. First, in the moving image acquisition step (step S0701), a moving image that captures a state in which a measurement object placed on a rotating table that rotates with a normal to the reference plane as a rotation axis rotates together with the rotating table is fixed. Data of a moving image taken by a camera with a line of sight directed from the point to the rotation center of the rotary table is acquired. In the feature point extraction step (step S0702), a plurality of feature points of the measurement object in the frame constituting the moving image are extracted. In the projection rotation locus detection step (step S0703), a projection rotation locus in which the rotation locus of the feature point is projected on the frame is detected. In the projection rotation center detection step (step S0704), the rotation center of the feature point is detected as a two-dimensional projection coordinate of the projection rotation center projected on the frame. In the rotation radius detection step (step S0705), a rotation radius that is a distance from the rotation axis of the rotation table to the feature point is detected based on the projected rotation locus of the feature point and the two-dimensional projection coordinates of the projection rotation center. In the camera parameter acquisition step (step S0706), the camera angle of the camera and the line-of-sight distance that is the distance from the camera to the rotation center of the rotary table are acquired as camera parameters. In the rotation center height detecting step (step S0707), a rotation center height that is a distance from the rotation center of the feature point to the rotation center of the rotation table is determined based on the two-dimensional projection coordinates of the projection rotation center of the feature point and the camera parameter. To detect. In the rotation center angle detection step (step S0708), a rotation center angle that is an angle between feature points with respect to the rotation axis of the rotation table is detected. In a three-dimensional position data output step (step S0709), three-dimensional position data is output based on the rotation radius, rotation center height, and rotation center angle of the feature point.
<効果>
以上のような構成をとる本発明によって、1台のカメラのみで物体の3次元形状を精度良く測定することが可能になる。
<Effect>
According to the present invention having the above configuration, it is possible to accurately measure the three-dimensional shape of an object with only one camera.
<概要>
本実施例の3次元形状測定装置は、基本的に実施例1と共通するが、動画像を構成するフレームにおいて特徴点を特定するための情報を受け付け、当該情報に基づいて特徴点を特定することを特徴とする。
<Overview>
The three-dimensional shape measurement apparatus of the present embodiment is basically the same as that of the first embodiment, but receives information for specifying a feature point in a frame constituting a moving image and specifies a feature point based on the information. It is characterized by that.
<構成>
図8は、本実施例の3次元形状測定装置の機能ブロックの一例を示す図である。本実施例の「3次元形状測定装置」0800は、「動画像取得部」0801と、「特徴点抽出部」0802と、「投影回転軌跡検出部」0803と、「投影回転中心検出部」0804と、「回転半径検出部」0805と、「カメラパラメータ取得部」0806と、「回転中心高度検出部」0807と、「回転中心角検出部」0808と、「3次元位置データ出力部」0809とからなり、特徴点抽出部は「特徴点特定情報受付手段」010と、「特徴点特定手段」011を有する。構成は基本的に実施例1に記載の3次元形状測定装置の構成と同じであるため、相違点となる特徴点特定情報受付手段と特徴点特定手段について以下説明する。
<Configuration>
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of functional blocks of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present embodiment. The “three-dimensional shape measuring apparatus” 0800 of the present embodiment includes a “moving image acquisition unit” 0801, a “feature point extraction unit” 0802, a “projection rotation locus detection unit” 0803, and a “projection rotation center detection unit” 0804. “Rotation radius detection unit” 0805, “Camera parameter acquisition unit” 0806, “Rotation center height detection unit” 0807, “Rotation center angle detection unit” 0808, “3D position data output unit” 0809, The feature point extraction unit includes a “feature point specification information receiving unit” 010 and a “feature point specification unit” 011. Since the configuration is basically the same as the configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus described in the first embodiment, a feature point specifying information receiving unit and a feature point specifying unit that are different points will be described below.
「特徴点特定情報受付手段」は、前記フレームにおいて特徴点を特定するための情報である特徴点特定情報を受け付ける機能を有する。ここで、特徴点を特定するための情報としては、フレームにおける特徴点の2次元投影座標の情報や特徴点及びその周辺の画素値の情報(色度、彩度、明度の情報等)が考えられる。また、入力装置を介して所定数(例えば4以上)のフレームにおける各特徴点の2次元投影座標を特定するための操作入力を受け付ける構成も可能である。また、特徴点に所定のマーカー(特定の模様や色等を有するもの)が付されている場合は当該マーカーの属性情報を取得することも考えられるし、特徴点が所定の形状や発光する性質を有している場合は当該属性情報を取得することも考えられる。   The “feature point specification information receiving unit” has a function of receiving feature point specification information that is information for specifying a feature point in the frame. Here, as information for specifying the feature point, information on the two-dimensional projection coordinates of the feature point in the frame and information on the feature point and its surrounding pixel values (information on chromaticity, saturation, brightness, etc.) are considered. It is done. Further, a configuration is also possible in which an operation input for specifying the two-dimensional projection coordinates of each feature point in a predetermined number (for example, four or more) frames is received via the input device. In addition, when a predetermined marker (having a specific pattern or color) is attached to a feature point, it is conceivable to acquire attribute information of the marker, and the feature point has a predetermined shape or property of emitting light. It is also conceivable to acquire the attribute information.
「特徴点特定手段」は、前記特徴点特定情報に基づいて特徴点を特定する機能を有する。ここで、例えば特徴点特定情報として一の特徴点につき一の2次元投影座標のデータしか取得していない場合であっても、当該フレームにおける特徴点の画素値の情報を取得する処理を行い、その他のフレームにおける特徴点の2次元投影座標を特定する構成とすることも可能である。   The “feature point specifying means” has a function of specifying a feature point based on the feature point specifying information. Here, for example, even if only one two-dimensional projection coordinate data per feature point is acquired as the feature point specifying information, a process of acquiring pixel value information of the feature point in the frame is performed, A configuration in which the two-dimensional projection coordinates of the feature points in other frames can be specified is also possible.
<具体的な構成>
本実施例の3次元形状測定装置のハードウェア構成は、基本的に図6を用いて説明した実施例1の装置のハードウェア構成と共通する。ただし、本実施例の3次元形状測定装置は特徴点抽出プログラムとして特徴点特定情報受付ルーチンと特徴点特定ルーチンを有する。CPUは特徴点抽出プログラムの特徴点特定情報受付ルーチンを実行し、前記フレームにおいて特徴点を特定するための情報である特徴点特定情報を受け付ける処理を行う。具体的には入力装置を介して特徴点特定情報を受け付けるためディスプレイ表示を行い、対応して入力されたデータをメインメモリの所定のアドレスに格納する処理を行うが考えられる。また、CPUは特徴点特定情報受付ルーチンによって得られた特徴点特定情報に基づいて特徴点を特定するための処理を行う。具体的には各フレームにおける特徴点の2次元投影座標及び画素値のデータを特徴点の識別符号と関連付けてメインメモリの所定のアドレスに格納する。また、一の特徴点につき所定数のフレームにおける2次元投影座標を特定する場合は、当該所定数のフレームについて同様の処理を行う。
<Specific configuration>
The hardware configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment is basically the same as the hardware configuration of the apparatus of the first embodiment described with reference to FIG. However, the three-dimensional shape measuring apparatus of this embodiment has a feature point specifying information receiving routine and a feature point specifying routine as a feature point extracting program. The CPU executes a feature point specification information reception routine of the feature point extraction program, and performs a process of receiving feature point specification information that is information for specifying a feature point in the frame. Specifically, it is conceivable to perform display processing for receiving feature point specifying information via an input device, and storing correspondingly input data at a predetermined address in the main memory. Further, the CPU performs a process for specifying a feature point based on the feature point specifying information obtained by the feature point specifying information receiving routine. Specifically, the two-dimensional projection coordinates and pixel value data of the feature point in each frame are stored in a predetermined address of the main memory in association with the feature point identification code. Further, when specifying two-dimensional projection coordinates in a predetermined number of frames for one feature point, the same processing is performed for the predetermined number of frames.
<処理手順>
本実施例の処理手順は基本的に図7を用いて説明した実施例1の処理手順と共通するが、本実施例の特徴点抽出ステップは、図9に示すように、特徴点特定情報受付サブステップと特徴点特定サブステップ処理からなる。まず、特徴点特定情報受付サブステップ(ステップS0901)では、前記フレームにおいて特徴点を特定するための情報である特徴点特定情報を受け付ける。続いて特徴点特定サブステップ(ステップS0902)では、前記特徴点特定情報に基づいて特徴点を特定する。その他の処理の内容は実施例1と同様であるから説明を省略する。
<Processing procedure>
The processing procedure of the present embodiment is basically the same as the processing procedure of the first embodiment described with reference to FIG. 7, but the feature point extraction step of the present embodiment is as shown in FIG. It consists of substeps and feature point identification substep processing. First, in a feature point specification information reception substep (step S0901), feature point specification information that is information for specifying a feature point in the frame is received. Subsequently, in a feature point specifying substep (step S0902), a feature point is specified based on the feature point specifying information. Since other processing contents are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
<効果>
以上のように本実施例の3次元形状測定装置では、実施例1の効果に加えて、特徴点の特定が難しい測定対象物に関しても3次元形状を測定することが可能になる。
<Effect>
As described above, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, it is possible to measure a three-dimensional shape even with respect to a measurement object for which it is difficult to specify feature points.
<概要>
本実施例の3次元形状測定装置は、基本的に実施例1と共通するが、投影回転軌跡を検出する処理として、一の特徴点につき4以上の2次元投影座標に基づいて前記投影回転軌跡を示す楕円方程式の未知数を算出することを特徴とする。
<Overview>
The three-dimensional shape measuring apparatus according to the present embodiment is basically the same as that of the first embodiment. However, as a process for detecting a projection rotation locus, the projection rotation locus is based on four or more two-dimensional projection coordinates per feature point. An unknown number of the elliptic equation indicating
<構成>
図10は、本実施例の3次元形状測定装置の機能ブロックの一例を示す図である。本実施例の「3次元形状測定装置」1000は、「動画像取得部」1001と、「特徴点抽出部」1002と、「投影回転軌跡検出部」1003と、「投影回転中心検出部」1004と、「回転半径検出部」1005と、「カメラパラメータ取得部」1006と、「回転中心高度検出部」1007と、「回転中心角検出部」1008と、「3次元位置データ出力部」1009とからなり、投影回転軌跡検出部は「楕円未知数算出手段」1010を有する。構成は基本的に実施例1に記載の3次元形状測定装置の構成と同じであるため、相違点となる楕円未知数算出手段について以下説明する。
<Configuration>
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of functional blocks of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present embodiment. The “three-dimensional shape measuring apparatus” 1000 according to the present embodiment includes a “moving image acquisition unit” 1001, a “feature point extraction unit” 1002, a “projection rotation locus detection unit” 1003, and a “projection rotation center detection unit” 1004. A “rotation radius detection unit” 1005, a “camera parameter acquisition unit” 1006, a “rotation center height detection unit” 1007, a “rotation center angle detection unit” 1008, and a “three-dimensional position data output unit” 1009. The projection rotation locus detection unit includes an “ellipse unknown quantity calculation unit” 1010. Since the configuration is basically the same as the configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus described in the first embodiment, the ellipse unknown quantity calculating means as a difference will be described below.
「楕円未知数算出手段」は、一の特徴点につき4以上の2次元投影座標に基づいて前記投影回転軌跡を示す楕円方程式の未知数を算出する機能を有する。ここで、楕円方程式は
(X−C)+(Y−D)―B=0と表わされ、4つの未知数(A、B、C、D)が存在することが分かる。当該4つの未知数を算出するためには4以上の方程式が必要となるため、一の特徴点につき4以上の2次元投影座標を検出することになる。2次元投影座標をPn=(Xn、Yn)と表わすと、上記の未知数は以下の数2のように表わされる。
The “ellipse unknown number calculation means” has a function of calculating an unknown number of an elliptic equation indicating the projection rotation locus based on four or more two-dimensional projection coordinates for one feature point. Here, the elliptic equation is expressed as A 2 (X−C) 2 + (Y−D) 2 −B 2 = 0, and it can be seen that there are four unknowns (A, B, C, and D). Since four or more equations are required to calculate the four unknowns, four or more two-dimensional projection coordinates are detected for one feature point. When the two-dimensional projection coordinates are expressed as Pn = (Xn, Yn), the above unknown number is expressed as the following Expression 2.
上記式を用いて一の特徴点につき4以上の2次元投影座標から4つの楕円未知数を算出することができ、楕円方程式に基づいて投影回転軌跡を検出することが可能になる。   Using the above equation, four unknown ellipses can be calculated from four or more two-dimensional projection coordinates for one feature point, and a projection rotation locus can be detected based on an elliptic equation.
<具体的な構成>
本実施例の3次元形状測定装置のハードウェア構成は、基本的に図6を用いて説明した実施例1の装置のハードウェア構成と共通する。ただし、本実施例の3次元形状測定装置は、投影回転軌跡検出プログラムとして楕円未知数算出ルーチンを有する点を特徴とする。CPUは投影回転検出プログラムの楕円未知数算出ルーチンを実行し、一の特徴点につき4以上の2次元投影座標に基づいて前記投影回転軌跡を示す楕円方程式の未知数を算出するための処理を行う。具体的には、数2の関係式に取得された4つの2次元投影座標を代入して算出する処理を行い、処理結果であるデータを各パラメータと関連づけてメインメモリの所定のアドレスに格納する処理を行う。
<Specific configuration>
The hardware configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment is basically the same as the hardware configuration of the apparatus of the first embodiment described with reference to FIG. However, the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment is characterized in that an unknown ellipse calculation routine is provided as a projection rotation locus detection program. The CPU executes an ellipse unknown number calculation routine of the projection rotation detection program, and performs processing for calculating an unknown number of the elliptic equation indicating the projection rotation locus based on four or more two-dimensional projection coordinates for one feature point. Specifically, the calculation processing is performed by substituting the four two-dimensional projection coordinates acquired in the relational expression (2), and the processing result data is associated with each parameter and stored at a predetermined address in the main memory. Process.
<処理手順>
本実施例の処理手順は基本的に図7を用いて説明した実施例1の処理手順と共通する。ただし、本実施例の投影回転軌跡検出ステップは、楕円未知数算出サブステップからなり、一の特徴点につき4以上の2次元投影座標に基づいて前記投影回転軌跡を示す楕円方程式の未知数を算出する処理を行う。その他の処理の内容は実施例1と同様であるから説明を省略する。
<Processing procedure>
The processing procedure of the present embodiment is basically the same as the processing procedure of the first embodiment described with reference to FIG. However, the projection rotation trajectory detection step of this embodiment includes an ellipse unknown quantity calculation sub-step, and a process of calculating an unknown quantity of an elliptic equation indicating the projection rotation trajectory based on four or more two-dimensional projection coordinates for one feature point. I do. Since other processing contents are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
<効果>
本実施例の3次元形状測定装置は、実施例1の効果に加えて、一の特徴点の軌跡が部分的にしか撮影できないような場合であっても全体的な投影回転軌跡を計算により推定し、3次元形状を測定することが可能になる。
<Effect>
In addition to the effects of the first embodiment, the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present embodiment estimates the entire projected rotation trajectory by calculation even when the trajectory of one feature point can be captured only partially. Thus, it becomes possible to measure a three-dimensional shape.
<概要>
本実施例の3次元形状測定装置は、基本的に実施例1と共通するが、半回転の検出に基づいて半回転分の開きがある2つのフレームを一の特徴点につき2組以上抽出し、半回転のペアとなる2つの2次元投影座標を直線で結んで形成される線分同士の交点を一の特徴点の投影回転中心として検出することを特徴とする。
<Overview>
The three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment is basically the same as that of the first embodiment, but based on the detection of half rotation, two or more sets of two frames having a half turn opening are extracted per feature point. The intersection of line segments formed by connecting two two-dimensional projection coordinates forming a pair of half rotations with a straight line is detected as the projection rotation center of one feature point.
<構成>
図11は、本実施例の3次元形状測定装置の機能ブロックの一例を示す図である。本実施例の「3次元形状測定装置」1100は、「動画像取得部」1101と、「特徴点抽出部」1102と、「投影回転軌跡検出部」1103と、「投影回転中心検出部」1104と、「回転半径検出部」1105と、「カメラパラメータ取得部」1106と、「回転中心高度検出部」1107と、「回転中心角検出部」1108と、「3次元位置データ出力部」1109とからなり、「投影回転中心検出部」は「半回転検出手段」1110と「第一検出手段」1111を有する。構成は基本的に実施例1に記載の3次元形状測定装置の構成と同じであるため、相違点となる第一検出手段について以下説明する。
<Configuration>
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of functional blocks of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present embodiment. The “three-dimensional shape measuring apparatus” 1100 of this embodiment includes a “moving image acquisition unit” 1101, a “feature point extraction unit” 1102, a “projection rotation locus detection unit” 1103, and a “projection rotation center detection unit” 1104. A “rotation radius detection unit” 1105, a “camera parameter acquisition unit” 1106, a “rotation center height detection unit” 1107, a “rotation center angle detection unit” 1108, a “three-dimensional position data output unit” 1109, The “projection rotation center detection unit” includes a “half rotation detection unit” 1110 and a “first detection unit” 1111. Since the configuration is basically the same as the configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus described in the first embodiment, the first detection unit that is the difference will be described below.
「半回転検出手段」は、前記回転テーブルが半回転したことを検出する機能を有する。
半回転したことを検出する具体的な手段としては、図12に示すように、前記回転テーブルに回転テーブルの回転中心を中心とする一の円の円周上に180度間隔で配置された2つの半回転目印点を1組以上設け、前記回転テーブルが半回転したことを前記半回転目印点を利用して検出する手段が考えられる。ここで、一の半回転目印点が180度離れた他の半回転目印点の位置に移動したことは、例えば図13に示すように、一の半回転目印点と180度離れた他の半回転目印点の2次元投影座標P1'を所定のフレームから検出し、その後のフレームにおいて一の半回転目印点がP1'の位置に移動したか否かを判断することで検出することが可能である。
The “half-rotation detection means” has a function of detecting that the rotary table is half-rotated.
As a specific means for detecting the half-rotation, as shown in FIG. 12, the rotary table is arranged at intervals of 180 degrees on the circumference of one circle centered on the rotation center of the rotary table. There may be a means for providing one or more sets of half-turn mark points and detecting the half-rotation mark points using the half-turn mark points. Here, for example, as shown in FIG. 13, the movement of one half-turn mark point to another half-turn mark point that is 180 degrees away from another half-turn mark point is another half-turn mark point. It is possible to detect the two-dimensional projection coordinate P1 ′ of the rotation mark point from a predetermined frame, and determine whether or not one half-turn mark point has moved to the position of P1 ′ in the subsequent frame. is there.
また、前記回転テーブルが一定角速度で回転するとの条件がある場合は、前記回転テーブルの周期を取得して前記回転テーブルが半回転したことを検出することも可能である。具体的に説明すると、任意の特徴点の一周期の始点と終点(同一の2次元投影座標)を捉えたフレームの撮影タイミングの情報から回転テーブルの周期を検出でき、当該周期を2で割ることにより半周期を算出することができる。そして当該半周期の値と各フレームの撮影タイミングの情報から回転テーブルが半回転したことを検出することができる。   In addition, when there is a condition that the rotary table rotates at a constant angular velocity, it is also possible to detect that the rotary table has made a half rotation by acquiring the cycle of the rotary table. More specifically, the period of the rotation table can be detected from the shooting timing information of a frame that captures the start point and end point (same two-dimensional projection coordinates) of one period of any feature point, and the period is divided by two. A half cycle can be calculated. Then, it is possible to detect that the rotary table is half-rotated from the value of the half cycle and the information of the photographing timing of each frame.
「第一検出手段」は、前記半回転検出手段による半回転の検出に基づいて半回転分の開きがある2つのフレームを一の特徴点につき2組以上抽出し、前記半回転分の開きがある2つのフレームにおける一の特徴点の2次元投影座標を直線で結んで形成される線分を複数生成し、前記複数の線分の交点を一の特徴点のフレーム上の投影回転中心として検出する機能を有する。図14に示す例では、半回転分の開きがある2つの2次元投影座標を2組抽出し、各ペアの2次元投影座標を直線で結んで形成される線分の交点から一の特徴点の投影回転中心を検出している。   The “first detection means” extracts two or more sets of two frames having a half rotation opening based on detection of the half rotation by the half rotation detection means for each feature point. A plurality of line segments formed by connecting two-dimensional projection coordinates of one feature point in two frames with a straight line are generated, and an intersection of the plurality of line segments is detected as a projection rotation center on the frame of one feature point. It has the function to do. In the example shown in FIG. 14, two sets of two two-dimensional projection coordinates having a half-rotation opening are extracted, and one feature point is determined from the intersection of the line segments formed by connecting the two-dimensional projection coordinates of each pair with a straight line. The center of projection rotation is detected.
<具体的な構成>
本実施例の3次元形状測定装置のハードウェア構成は、基本的に図6を用いて説明した実施例1の装置のハードウェア構成と共通する。ただし、本実施例の3次元形状測定装置は、投影回転中心検出プログラムとして半回転検出ルーチンと第一検出ルーチンを有する点を特徴とする。CPUは投影回転中心プログラムの半回転検出ルーチンを実行し、回転テーブルが半回転したことを検出する処理を行う。次にCPUは半回転検出ルーチンによる半回転の検出に基づいて半回転分の開きがある2つのフレームを一の特徴点につき2組以上抽出し、前記半回転分の開きがある2つのフレームにおける一の特徴点の2次元投影座標を直線で結んで形成される線分を複数生成し、前記複数の線分の交点を一の特徴点のフレーム上の投影回転中心として検出する処理を行う。具体的には、半回転分の開きがある2つのフレームにおける一の特徴点の2次元投影座標をデータとしてメインメモリの所定のアドレスに格納する処理を2組行い、対抗する2次元投影座標を直線で結んで形成される線分の交点を算出し、投影回転中心のデータとしてメインメモリの所定のアドレスに格納する処理を行う。
<Specific configuration>
The hardware configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment is basically the same as the hardware configuration of the apparatus of the first embodiment described with reference to FIG. However, the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment is characterized in that it has a half-rotation detection routine and a first detection routine as a projection rotation center detection program. The CPU executes a half rotation detection routine of the projection rotation center program, and performs a process of detecting that the rotation table has made a half rotation. Next, the CPU extracts two or more sets of two frames having a half rotation opening based on the detection of the half rotation by the half rotation detection routine, and the two frames having the half rotation opening are extracted. A plurality of line segments formed by connecting two-dimensional projection coordinates of one feature point with a straight line are generated, and a process of detecting an intersection of the plurality of line segments as a projection rotation center on the frame of the one feature point is performed. Specifically, two sets of processing for storing the two-dimensional projection coordinates of one feature point in two frames having a half-rotation opening as data at a predetermined address of the main memory are performed, and the opposing two-dimensional projection coordinates are determined. The intersection of the line segments formed by connecting the straight lines is calculated, and the process of storing it at a predetermined address in the main memory as projection rotation center data is performed.
<処理手順>
本実施例の処理手順は基本的に図7を用いて説明した実施例1の処理手順と共通するが、本実施例の投影回転中心検出ステップは、図15に示すように、半回転検出サブステップと第一検出サブステップの処理からなる。まず、半回転検出サブステップ(ステップS1501)では、前記回転テーブルが半回転したことを検出する。次に第一検出サブステップ(ステップS1502)では、前記半回転検出サブステップによる半回転したことの検出に応じて半回転分の開きがある2つのフレームを一の特徴点につき2組以上抽出し、前記半回転分の開きがある2つのフレームにおける一の特徴点の2次元投影座標を直線で結んで形成される線分を複数生成し、前記複数の線分の交点を一の特徴点のフレーム上の投影回転中心として検出する。前記回転テーブルは回転テーブルの回転中心を中心とする一の円の円周上に180度間隔で配置された2つの半回転目印点を1組以上有している場合は、前記半回転検出サブステップとして、前記回転テーブルが半回転したことを前記半回転目印点を利用して検出することも可能である。また、前記回転テーブルは一定角速度で回転する場合は、前記半回転検出サブステップとして、前記回転テーブルの周期を取得して前記回転テーブルが半回転したことを検出することも可能である。
<Processing procedure>
The processing procedure of the present embodiment is basically the same as the processing procedure of the first embodiment described with reference to FIG. 7, but the projection rotation center detection step of the present embodiment, as shown in FIG. It consists of processing of steps and first detection substeps. First, in the half-rotation detection substep (step S1501), it is detected that the turntable has made a half-turn. Next, in a first detection sub-step (step S1502), two or more sets of two frames having a half-rotation opening are extracted for one feature point in accordance with the detection of half-rotation by the half-rotation detection sub-step. , Generating a plurality of line segments formed by connecting two-dimensional projection coordinates of one feature point in two frames having a half-rotation opening with a straight line, and setting the intersection of the plurality of line segments as one feature point Detect as the center of projection rotation on the frame. When the rotary table has at least one set of two half-turn mark points arranged at intervals of 180 degrees on the circumference of a circle centered on the rotation center of the rotary table, the half-rotation detection sub As a step, it is also possible to detect that the rotary table is half-rotated by using the half-turn mark point. In addition, when the rotary table rotates at a constant angular velocity, it is also possible to detect that the rotary table is half-rotated by acquiring a period of the rotary table as the half-rotation detection substep.
<効果>
本実施例の3次元形状測定装置は、実施例1の効果に加えて、半回転の検出手段を用いることにより投影回転中心を検出し、測定対象物の3次元形状を測定することが可能になる。
<Effect>
In addition to the effects of the first embodiment, the three-dimensional shape measurement apparatus of the present embodiment can detect the projection rotation center by using a half-rotation detection unit and can measure the three-dimensional shape of the measurement object. Become.
<概要>
本実施例の3次元形状測定装置は、基本的に実施例1と共通するが、取得する動画像における回転テーブルの角速度が一定であるとの条件から一の特徴点につき3以上のフレームの2次元投影座標及び撮影された時間の情報に基づいてフレーム上の投影回転中心を検出することを特徴とする。
<Overview>
The three-dimensional shape measuring apparatus according to the present embodiment is basically the same as that of the first embodiment, but 2 of 3 or more frames per one feature point from the condition that the angular velocity of the rotary table in the moving image to be acquired is constant. The projection rotation center on the frame is detected based on the information of the dimensional projection coordinates and the taken time.
<構成>
図16は、本実施例の3次元形状測定装置の機能ブロックの一例を示す図である。本実施例の「3次元形状測定装置」1600は、「動画像取得部」1601と、「特徴点抽出部」1602と、「投影回転軌跡検出部」1603と、「投影回転中心検出部」1604と、「回転半径検出部」1605と、「カメラパラメータ取得部」1606と、「回転中心高度検出部」1607と、「回転中心角検出部」1608と、「3次元位置データ出力部」1609とからなり、「投影回転中心検出部」は「第二検出手段」1610を有する。構成は基本的に実施例1に記載の3次元形状測定装置の構成と同じであるため、相違点となる第二検出手段について以下説明する。
<Configuration>
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of functional blocks of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present embodiment. The “three-dimensional shape measurement apparatus” 1600 of the present embodiment includes a “moving image acquisition unit” 1601, a “feature point extraction unit” 1602, a “projection rotation locus detection unit” 1603, and a “projection rotation center detection unit” 1604. “Rotation radius detection unit” 1605, “Camera parameter acquisition unit” 1606, “Rotation center height detection unit” 1607, “Rotation center angle detection unit” 1608, “3D position data output unit” 1609, The “projection rotation center detection unit” includes “second detection means” 1610. Since the configuration is basically the same as the configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus described in the first embodiment, the second detection unit that is a difference will be described below.
本実施例の3次元形状測定装置が取得する動画像における回転テーブルは一定角速度で回転することを特徴とする。ここで、一定角速度で回転するとは、一定角速度で回転するように調整されていることの他に、一定角速度で回転していると仮定することが妥当である状況も含むものとする。例えば回転テーブルの回転を妨げる力が無視できる程小さい場合は、回転テーブルは一定角速度で回転しているとみなすことができる。   The rotation table in the moving image acquired by the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment is characterized by rotating at a constant angular velocity. Here, the term “rotating at a constant angular velocity” includes not only being adjusted to rotate at a constant angular velocity but also a situation where it is reasonable to assume that the rotation is at a constant angular velocity. For example, when the force that hinders the rotation of the rotary table is negligibly small, the rotary table can be regarded as rotating at a constant angular velocity.
「第二検出手段」は、前記回転テーブルの角速度が一定であるとの条件から、一の特徴点につき3以上のフレームの2次元投影座標及び撮影された時間の情報に基づいてフレーム上の投影回転中心を検出する機能を有する。図17に示すように、投影回転軌跡の縦の対象軸の一の位置に投影回転中心の2次元投影座標を仮定した場合、カメラアングルが定まり、回転軸方向から見た系の仮定的な座標を算出することが可能になる。ここで、当該仮定的な座標が正しいか否かを判断するために角速度一定の条件を用いる。図18の例で説明すると、一の特徴点につき3つのフレームの2次元投影座標及び撮影されたタイミングの情報を用いて、θ1/(t2−t1)=θ2/(t3−t2)=θ3/(t1−t3)の式が成立するか否か判断する。つまり、当該式が成立する場合は投影回転中心の2次元投影座標の仮定が正しいことを示し、そうでない場合は投影回転中心の2次元投影座標の仮定が間違っていることを示す。具体的な計算処理の一例としては、ニュートン法を用いた計算処理が考えられる。   The “second detection means” projects on the frame based on the information on the two-dimensional projection coordinates of three or more frames per one feature point and the captured time, under the condition that the angular velocity of the rotary table is constant. It has a function of detecting the center of rotation. As shown in FIG. 17, when a two-dimensional projection coordinate of the projection rotation center is assumed at one position of the vertical target axis of the projection rotation locus, the camera angle is determined, and the assumed coordinates of the system viewed from the rotation axis direction Can be calculated. Here, the condition of constant angular velocity is used to determine whether or not the hypothetical coordinates are correct. Referring to the example of FIG. 18, θ1 / (t2−t1) = θ2 / (t3−t2) = θ3 / is obtained by using the two-dimensional projection coordinates of three frames per one feature point and the information of the captured timing. It is determined whether or not the expression (t1-t3) holds. That is, if the formula is satisfied, it indicates that the assumption of the two-dimensional projection coordinates of the projection rotation center is correct, and otherwise indicates that the assumption of the two-dimensional projection coordinates of the projection rotation center is incorrect. As an example of specific calculation processing, calculation processing using the Newton method can be considered.
<具体的な構成>
本実施例の3次元形状測定装置のハードウェア構成は、基本的に図6を用いて説明した実施例1の装置のハードウェア構成と共通する。ただし、本実施例の3次元形状測定装置は、回転テーブルが一定角速度で回転し、投影回転中心検出プログラムとして第二検出ルーチンを有する点を特徴とする。CPUは投影回転中心検出プログラムの第二検出サブルーチンを実行し、回転テーブルの角速度が一定であるとの条件から、一の特徴点につき3以上のフレームの2次元投影座標及び撮影された時間の情報に基づいてフレーム上の投影回転中心を検出する処理を行う。具体的には、投影回転軌跡の縦の対象軸の一の位置に投影回転中心の2次元投影座標を仮定し、当該仮定に基づいて算出される3つのフレームの2次元投影座標及び撮影されたタイミングの情報を用いて角速度一定の式が成立するか否か判断するための処理を行う。当該処理が成立する場合は処理を終了し、成立しない場合は別の位置に投影回転中心の2次元投影座標を仮定して上記処理を続行する。
<Specific configuration>
The hardware configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment is basically the same as the hardware configuration of the apparatus of the first embodiment described with reference to FIG. However, the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment is characterized in that the rotary table rotates at a constant angular velocity and has a second detection routine as a projection rotation center detection program. The CPU executes a second detection subroutine of the projection rotation center detection program, and on the condition that the angular velocity of the rotation table is constant, information on the two-dimensional projection coordinates of three or more frames per one feature point and the time taken. Based on the above, a process of detecting the projection rotation center on the frame is performed. Specifically, a two-dimensional projection coordinate of the projection rotation center is assumed at one position of the vertical target axis of the projection rotation trajectory, and the two-dimensional projection coordinates of the three frames calculated based on the assumption are photographed. Processing is performed to determine whether or not a constant angular velocity formula is established using timing information. If the process is established, the process is terminated. If the process is not established, the above process is continued assuming a two-dimensional projection coordinate of the projection rotation center at another position.
<処理手順>
本実施例の処理手順は基本的に図7を用いて説明した実施例1の処理手順と共通する。ただし、本実施例の投影回転中心検出ステップは、前記回転テーブルの角速度が一定であるとの条件から、一の特徴点につき3以上のフレームの2次元投影座標及び撮影された時間の情報に基づいてフレーム上の投影回転中心を検出する第二検出サブステップを有することを特徴とする。
<Processing procedure>
The processing procedure of the present embodiment is basically the same as the processing procedure of the first embodiment described with reference to FIG. However, the projection rotation center detection step of the present embodiment is based on the condition that the angular velocity of the rotation table is constant, and based on the information of the two-dimensional projection coordinates of three or more frames per one feature point and the time taken. And a second detection sub-step for detecting a projection rotation center on the frame.
<効果>
本実施例の3次元形状測定装置は、実施例1の効果に加えて、角速度が一定とみなせる条件下で容易に投影回転中心を検出することができ、測定対象物の3次元形状を測定することが可能になる。
<Effect>
In addition to the effects of the first embodiment, the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment can easily detect the projection rotation center under the condition that the angular velocity can be considered constant, and measures the three-dimensional shape of the measurement object. It becomes possible.
<概要>
本実施例の3次元形状測定装置は、基本的に実施例1と共通するが、回転テーブル上にある一の特徴点の投影回転軌跡に基づいて前記カメラパラメータを算出することを特徴とする。
<Overview>
The three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment is basically the same as that of the first embodiment, but is characterized in that the camera parameter is calculated based on the projected rotation locus of one feature point on the rotary table.
<構成>
図19は、本実施例の3次元形状測定装置の機能ブロックの一例を示す図である。本実施例の「3次元形状測定装置」1900は、「動画像取得部」1901と、「特徴点抽出部」1902と、「投影回転軌跡検出部」1903と、「投影回転中心検出部」1904と、「回転半径検出部」1905と、「カメラパラメータ取得部」1906と、「回転中心高度検出部」1907と、「回転中心角検出部」1908と、「3次元位置データ出力部」1909とからなり、カメラパラメータ取得部は「カメラパラメータ算出手段」1910を有する。構成は基本的に実施例1に記載の3次元形状測定装置の構成と同じであるため、相違点となるカメラパラメータ算出手段について以下説明する。
<Configuration>
FIG. 19 is a diagram illustrating an example of functional blocks of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present embodiment. The “three-dimensional shape measuring apparatus” 1900 of the present embodiment includes a “moving image acquisition unit” 1901, a “feature point extraction unit” 1902, a “projection rotation locus detection unit” 1903, and a “projection rotation center detection unit” 1904. “Rotation radius detection unit” 1905, “Camera parameter acquisition unit” 1906, “Rotation center height detection unit” 1907, “Rotation center angle detection unit” 1908, “3D position data output unit” 1909, The camera parameter acquisition unit has “camera parameter calculation means” 1910. Since the configuration is basically the same as the configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus described in the first embodiment, camera parameter calculation means that are different points will be described below.
「カメラパラメータ算出手段」は、前記回転テーブル上にある一の特徴点の投影回転軌跡に基づいて前記カメラパラメータを算出する機能を有する。当該算出処理について図20を用いて説明すると、カメラアングルθ及びカメラから回転テーブルの回転中心までの距離である視線距離dは数3の関係式に基づいて投影回転軌跡(楕円)のパラメータa,b,cを用いて数4のように表わされる。ここで、以下の視線距離dは上記一の特徴点の回転半径cを基準とした無次元の値として表わしているが、有次元とすることも可能である。
投影回転軌跡検出部と投影回転中心検出部によって投影回転軌跡と投影回転中心が検出されることから、上記a,b,cのパラメータを取得することが可能であり、結果としてカメラアングル及び視線距離といったカメラパラメータを算出することが可能になる。
The “camera parameter calculation means” has a function of calculating the camera parameter based on a projected rotation locus of one feature point on the rotation table. The calculation process will be described with reference to FIG. 20. The camera angle θ and the line-of-sight distance d, which is the distance from the camera to the rotation center of the rotary table, are parameters a, Using b and c, it is expressed as in Equation 4. Here, the line-of-sight distance d below is represented as a dimensionless value with the rotation radius c of the one feature point as a reference, but may be dimensional.
Since the projection rotation trajectory detection unit and the projection rotation center detection unit detect the projection rotation trajectory and the projection rotation center, the parameters a, b, and c can be acquired. As a result, the camera angle and the line-of-sight distance are obtained. It is possible to calculate camera parameters such as
<具体的な構成>
本実施例の3次元形状測定装置のハードウェア構成は、基本的に図6を用いて説明した実施例1の装置のハードウェア構成と共通する。ただし、本実施例の3次元形状測定装置は、カメラパラメータ取得プログラムのカメラパラメータ算出ルーチンを有する点を特徴とする。CPUは、カメラパラメータ取得プログラムのカメラパラメータ算出ルーチンを実行し、回転テーブル上にある一の特徴点の投影回転軌跡に基づいてカメラパラメータを算出する処理を行う。具体的には、回転テーブル上にある一の特徴点の投影回転軌跡と投影回転中心のデータから楕円のパラメータを検出する処理を行い、当該楕円のパラメータを数4の関係式に代入してカメラアングル及び視線距離の値を算出する処理を行い、処理結果をメインメモリの所定のアドレスに格納する。
<Specific configuration>
The hardware configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment is basically the same as the hardware configuration of the apparatus of the first embodiment described with reference to FIG. However, the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment is characterized in that it has a camera parameter calculation routine of a camera parameter acquisition program. The CPU executes a camera parameter calculation routine of the camera parameter acquisition program, and performs processing for calculating camera parameters based on the projected rotation trajectory of one feature point on the rotation table. Specifically, a process of detecting an ellipse parameter from the projection rotation trajectory and projection rotation center data of one feature point on the rotation table is performed, and the ellipse parameter is substituted into the relational expression of Equation 4 to obtain a camera. Processing for calculating values of the angle and the line-of-sight distance is performed, and the processing result is stored in a predetermined address of the main memory.
<処理手順>
本実施例の処理手順は基本的に図7を用いて説明した実施例1の処理手順と共通する。ただし、本実施例のカメラパラメータ取得ステップは、前記回転テーブル上にある一の特徴点の投影回転軌跡に基づいて前記カメラパラメータを算出するカメラパラメータ算出サブステップを有することを特徴とする。
<Processing procedure>
The processing procedure of the present embodiment is basically the same as the processing procedure of the first embodiment described with reference to FIG. However, the camera parameter acquisition step of the present embodiment includes a camera parameter calculation sub-step for calculating the camera parameter based on a projected rotation locus of one feature point on the rotation table.
<効果>
本実施例の3次元形状測定装置は、実施例1の効果に加えて、カメラパラメータを初期データとして取得していない場合でも一の特徴点の投影回転軌跡に基づいて算出することが可能であり、測定対象物の3次元形状を測定することが可能になる。
<Effect>
In addition to the effects of the first embodiment, the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment can calculate based on the projected rotation trajectory of one feature point even when camera parameters are not acquired as initial data. The three-dimensional shape of the measurement object can be measured.
<概要>
本実施例の3次元形状測定装置は、基本的に実施例1と共通するが、取得する動画像における回転テーブルが所定の回転目盛を有することを特徴とし、測定基準線を一の特徴点が通過してから他の特徴点が通過するまでに回転テーブルが回転した角度を回転目盛を利用して検出し、回転中心角とすることを特徴とする。
<Overview>
The three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment is basically the same as that of the first embodiment. However, the rotation table in the moving image to be acquired has a predetermined rotation scale, and one characteristic point is the measurement reference line. The angle at which the rotary table rotates from the time when it passes through until another feature point passes is detected using the rotary scale, and is set as the rotation center angle.
<構成>
図21は、本実施例の3次元形状測定装置の機能ブロックの一例を示す図である。本実施例の「3次元形状測定装置」2100は、「動画像取得部」2101と、「特徴点抽出部」2102と、「投影回転軌跡検出部」2103と、「投影回転中心検出部」2104と、「回転半径検出部」2105と、「カメラパラメータ取得部」2106と、「回転中心高度検出部」2107と、「回転中心角検出部」2108と、「3次元位置データ出力部」2109とからなり、回転中心角取得部は「第一回転中心角検出手段」2110を有する。構成は基本的に実施例1に記載の3次元形状測定装置の構成と同じであるため、相違点となる第一回転中心角算出手段について以下説明する。
<Configuration>
FIG. 21 is a diagram illustrating an example of functional blocks of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present embodiment. The “three-dimensional shape measurement apparatus” 2100 of the present embodiment includes a “moving image acquisition unit” 2101, a “feature point extraction unit” 2102, a “projection rotation locus detection unit” 2103, and a “projection rotation center detection unit” 2104. A “rotation radius detection unit” 2105, a “camera parameter acquisition unit” 2106, a “rotation center height detection unit” 2107, a “rotation center angle detection unit” 2108, and a “three-dimensional position data output unit” 2109, The rotation center angle acquisition unit includes “first rotation center angle detection means” 2110. Since the configuration is basically the same as the configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus described in the first embodiment, the first rotation center angle calculating means as a difference will be described below.
本実施例の3次元形状測定装置が取得する動画像における回転テーブルは回転テーブルの回転中心を中心とする一の円の円周上に一定角度間隔で配置された回転目盛を有することを特徴としている。「第一回転中心角検出手段」は、測定基準線を一の特徴点が通過してから他の特徴点が通過するまでに回転テーブルが回転した角度を前記回転目盛を利用して検出し、前記回転中心角とする機能を有する。ここで、所定の測定基準線としては、図22に示すように、各特徴点の投影回転中心を通り、投影回転軌跡の短半径と平行な線(回転テーブルの回転軸を投影した線)が一例として考えられる。この図の例では、一の特徴点1が測定基準線を通過した際は0度の回転目盛点は2次元投影座標P1の位置に配置されており、他の特徴点2が測定基準線を通過した際には2次元投影座標P1の位置には60度の回転目盛点が配置されていることが分かる。このことから特徴点1と特徴点2の回転中心角は+60度であることが分かる。なお、上記の他に各特徴点の投影回転中心を通り、投影回転軌跡の長半径と平行な線を測定基準線として用いることも可能である。   The rotary table in the moving image acquired by the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present embodiment has a rotary scale arranged at regular angular intervals on the circumference of one circle centered on the rotation center of the rotary table. Yes. The “first rotation center angle detection means” detects the rotation angle of the rotary table from the time when one feature point passes through the measurement reference line to the time when the other feature point passes using the rotation scale, It has a function of setting the rotation center angle. Here, as the predetermined measurement reference line, as shown in FIG. 22, a line that passes through the projection rotation center of each feature point and is parallel to the short radius of the projection rotation locus (a line that projects the rotation axis of the rotary table). As an example. In the example of this figure, when one feature point 1 passes the measurement reference line, the rotation graduation point of 0 degree is arranged at the position of the two-dimensional projection coordinate P1, and the other feature point 2 has the measurement reference line. When passing, it can be seen that a rotation graduation point of 60 degrees is arranged at the position of the two-dimensional projection coordinate P1. From this, it can be seen that the rotation center angle of the feature point 1 and the feature point 2 is +60 degrees. In addition to the above, a line that passes through the projection rotation center of each feature point and is parallel to the major radius of the projection rotation locus can be used as the measurement reference line.
<具体的な構成>
本実施例の3次元形状測定装置のハードウェア構成は、基本的に図6を用いて説明した実施例1の装置のハードウェア構成と共通する。ただし、本実施例の3次元形状測定装置は、回転テーブルが所定の回転目盛点を有し、回転中心角取得プログラムとして第一回転中心角検出ルーチンを有する点を特徴とする。CPUは、回転中心角取得プログラムの第一回転中心角検出ルーチンを実行し、測定基準線を一の特徴点が通過してから他の特徴点が通過するまでに回転テーブルが回転した角度を回転テーブル上の回転目盛を利用して検出し、回転中心角とする処理を行う。具体的には、測定基準線を一の特徴点が通過した際の0度の角度目盛点の2次元投影座標P1を取得する処理を行い、他の特徴点が測定基準線を通過する際に2次元投影座標P1に配置されている角度目盛点の値をフレームの画像データから検出する処理を行う。
<Specific configuration>
The hardware configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment is basically the same as the hardware configuration of the apparatus of the first embodiment described with reference to FIG. However, the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment is characterized in that the rotary table has a predetermined rotation scale point and has a first rotation center angle detection routine as a rotation center angle acquisition program. The CPU executes the first rotation center angle detection routine of the rotation center angle acquisition program, and rotates the angle at which the turntable has rotated from the passage of one feature point through the measurement reference line to the passage of another feature point. Detection is performed using the rotation scale on the table, and the rotation center angle is processed. Specifically, when a feature point passes through the measurement reference line, a process of obtaining the two-dimensional projection coordinates P1 of the 0-degree angle graduation point is performed, and when another feature point passes through the measurement reference line. A process of detecting the value of the angle scale point arranged at the two-dimensional projection coordinate P1 from the image data of the frame is performed.
<処理手順>
本実施例の処理手順は基本的に図7を用いて説明した実施例1の処理手順と共通する。ただし、本実施例の回転中心角取得ステップは、前記各特徴点がフレーム上の所定の測定基準線を通過する際の回転目盛点の配置に基づいて回転中心角を検出する第一回転中心検出サブステップを有することを特徴とする。
<Processing procedure>
The processing procedure of the present embodiment is basically the same as the processing procedure of the first embodiment described with reference to FIG. However, in the rotation center angle acquisition step of the present embodiment, the first rotation center detection that detects the rotation center angle based on the arrangement of the rotation scale points when the feature points pass a predetermined measurement reference line on the frame. It has a sub-step.
<効果>
本実施例の3次元形状測定装置は、実施例1の効果に加えて、回転テーブルが有する回転目盛を利用して回転中心角を検出することができ、測定対象物の3次元形状を測定することが可能になる。
<Effect>
In addition to the effects of the first embodiment, the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment can detect the rotation center angle using the rotary scale of the rotary table, and measures the three-dimensional shape of the measurement object. It becomes possible.
<概要>
本実施例の3次元形状測定装置は、基本的に実施例1と共通するが、取得する動画像における回転テーブルが一定角速度で回転することを特徴とし、測定基準線を一の特徴点が通過してから他の特徴点が通過するまでの経過時間及び前記回転テーブルの周期を取得して前記回転中心角を検出することを特徴とする。
<Overview>
The three-dimensional shape measurement apparatus according to the present embodiment is basically the same as that of the first embodiment, but is characterized in that a rotation table in a moving image to be acquired rotates at a constant angular velocity, and one feature point passes through a measurement reference line. The rotation center angle is detected by acquiring the elapsed time from when the other feature points pass and the period of the rotary table.
<構成>
図23は、本実施例の3次元形状測定装置の機能ブロックの一例を示す図である。本実施例の「3次元形状測定装置」2300は、「動画像取得部」2301と、「特徴点抽出部」2302と、「投影回転軌跡検出部」2303と、「投影回転中心検出部」2304と、「回転半径検出部」2305と、「カメラパラメータ取得部」2306と、「回転中心高度検出部」2307と、「回転中心角検出部」2308と、「3次元位置データ出力部」2309とからなり、回転中心角取得部は「第二回転中心角検出手段」2310を有する。構成は基本的に実施例1に記載の3次元形状測定装置の構成と同じであるため、相違点となる第二回転中心角算出手段について以下説明する。
<Configuration>
FIG. 23 is a diagram illustrating an example of functional blocks of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present embodiment. The “three-dimensional shape measuring apparatus” 2300 of the present embodiment includes a “moving image acquisition unit” 2301, a “feature point extraction unit” 2302, a “projection rotation locus detection unit” 2303, and a “projection rotation center detection unit” 2304. A “rotation radius detection unit” 2305, a “camera parameter acquisition unit” 2306, a “rotation center height detection unit” 2307, a “rotation center angle detection unit” 2308, and a “three-dimensional position data output unit” 2309, The rotation center angle acquisition unit includes “second rotation center angle detection means” 2310. Since the configuration is basically the same as the configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus described in the first embodiment, the second rotation center angle calculating means that is the difference will be described below.
本実施例の3次元形状測定装置が取得する動画像における回転テーブルは一定角速度で回転することを特徴とする。「第二回転中心角検出手段」は、測定基準線を一の特徴点が通過してから他の特徴点が通過するまでの経過時間及び前記回転テーブルの周期を取得して前記回転中心角を検出する機能を有する。測定基準線としては、実施例7のものと同様に、各特徴点の投影回転中心を通り、投影回転軌跡の短半径と平行な線(回転テーブルの回転軸をフレーム上に投影した線)や各特徴点の投影回転中心を通り、投影回転軌跡の長半径と平行な線が考えられる。回転テーブルの周期を取得する手段としては、回転テーブルの周期と任意の特徴点の投影回転軌跡の周期が同じであるため、当該特徴点の一周期の始点と終点を各々捉えたフレームの撮影タイミングから検出することが可能である。また、当該周期と回転テーブルの角速度はω=2π/Tの関係式を用いて算出することが可能であり、測定基準線を一の特徴点が通過してから他の特徴点が通過するまでの経過時間(t2−t1)をフレームの撮影タイミングから取得して、所望の回転中心角ω(t2−t1)を検出することが可能になる。   The rotation table in the moving image acquired by the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment is characterized by rotating at a constant angular velocity. The “second rotation center angle detection means” obtains the elapsed time from the passage of one feature point through the measurement reference line to the passage of another feature point and the period of the turntable, and calculates the rotation center angle. It has a function to detect. As in the case of Example 7, the measurement reference line passes through the projection rotation center of each feature point and is parallel to the short radius of the projection rotation locus (a line obtained by projecting the rotation axis of the rotary table onto the frame) A line passing through the projection rotation center of each feature point and parallel to the major radius of the projection rotation locus is conceivable. As means for obtaining the period of the rotation table, since the period of the rotation table is the same as the period of the projected rotation trajectory of any feature point, the shooting timing of the frame that captures the start point and end point of one period of the feature point It is possible to detect from. In addition, the period and the angular velocity of the rotary table can be calculated using a relational expression of ω = 2π / T, from one feature point passing through the measurement reference line until another feature point passes. The elapsed time (t2-t1) is acquired from the shooting timing of the frame, and the desired rotation center angle ω (t2-t1) can be detected.
<具体的な構成>
本実施例の3次元形状測定装置のハードウェア構成は、基本的に図6を用いて説明した実施例1の装置のハードウェア構成と共通する。ただし、本実施例の3次元形状測定装置は、回転中心角取得プログラムとして第二回転中心角検出ルーチンを有する点を特徴とする。CPUは回転中心角取得プログラムの第二回転中心角検出ルーチンを実行し、測定基準線を一の特徴点が通過してから他の特徴点が通過するまでの経過時間及び前記回転テーブルの周期を取得して前記回転中心角を検出する処理を行う。具体的には、一の特徴点の一周期の始点と終点を各々捉えたフレームの撮影タイミングのデータから回転テーブルの角速度を算出する処理を行う。また、測定基準線を一の特徴点が通過した際のフレームの撮影タイミングと他の特徴点が測定基準線を通過した際のフレームの撮影タイミングのデータを取得し、経過時間を算出する処理を行う。最後に回転テーブルの角速度と経過時間の積を算出する処理を行い、処理結果を回転中心角の識別符号と関連づけてメインメモリの所定のアドレスに格納する。
<Specific configuration>
The hardware configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment is basically the same as the hardware configuration of the apparatus of the first embodiment described with reference to FIG. However, the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment is characterized in that it has a second rotation center angle detection routine as a rotation center angle acquisition program. The CPU executes the second rotation center angle detection routine of the rotation center angle acquisition program, and calculates the elapsed time from the passage of one feature point through the measurement reference line to the passage of another feature point and the cycle of the turntable. A process of acquiring and detecting the rotation center angle is performed. Specifically, the angular velocity of the rotation table is calculated from the shooting timing data of the frame that captures the start point and end point of one cycle of one feature point. In addition, the process of acquiring the shooting timing of the frame when one feature point passes the measurement reference line and the shooting timing data of the frame when the other feature point passes the measurement reference line, and calculating the elapsed time. Do. Finally, a process of calculating the product of the angular velocity of the rotary table and the elapsed time is performed, and the processing result is stored in a predetermined address of the main memory in association with the identification code of the rotation center angle.
<処理手順>
本実施例の処理手順は基本的に図7を用いて説明した実施例1の処理手順と共通する。ただし、本実施例の回転中心角取得ステップは、測定基準線を一の特徴点が通過してから他の特徴点が通過するまでの経過時間及び前記回転テーブルの周期を取得して前記回転中心角を検出する第二回転中心角検出サブステップを有することを特徴とする。
<Processing procedure>
The processing procedure of the present embodiment is basically the same as the processing procedure of the first embodiment described with reference to FIG. However, the rotation center angle acquisition step of the present embodiment acquires the elapsed time from the passage of one feature point through the measurement reference line to the passage of another feature point and the period of the rotation table, and acquires the rotation center. It has the 2nd rotation center angle detection substep which detects an angle, It is characterized by the above-mentioned.
<効果>
本実施例の3次元形状測定装置は、実施例1の効果に加えて、回転テーブルが一定角速度で回転する場合において、回転テーブルの周期及び測定基準線を一の特徴点が通過してから他の特徴点が通過するまでの経過時間に基づいて回転中心角を検出することが可能であり、測定対象物の3次元形状を測定することが可能になる。
<Effect>
In addition to the effects of the first embodiment, the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment is different from the case where one feature point passes through the period of the rotary table and the measurement reference line when the rotary table rotates at a constant angular velocity. The rotation center angle can be detected based on the elapsed time until the feature point passes, and the three-dimensional shape of the measurement object can be measured.
<概要>
本実施例の3次元形状測定装置は、基本的に実施例1と共通するが、各特徴点の投影回転中心の2次元投影座標とカメラパラメータに基づいて各特徴点の所定の撮影タイミングにおける2次元投影座標を回転軸方向からみた座標に変換して回転中心角を検出することを特徴とする。
<Overview>
The three-dimensional shape measuring apparatus according to the present embodiment is basically the same as that of the first embodiment. However, the two-dimensional shape measuring apparatus 2 at a predetermined photographing timing of each feature point is based on the two-dimensional projection coordinates of the projection rotation center of each feature point and camera parameters. It is characterized in that the rotation center angle is detected by converting the dimensional projection coordinates into coordinates viewed from the direction of the rotation axis.
<構成>
図24は、本実施例の3次元形状測定装置の機能ブロックの一例を示す図である。本実施例の「3次元形状測定装置」2400は、「動画像取得部」2401と、「特徴点抽出部」2402と、「投影回転軌跡検出部」2403と、「投影回転中心検出部」2404と、「回転半径検出部」2405と、「カメラパラメータ取得部」2406と、「回転中心高度検出部」2407と、「回転中心角検出部」2408と、「3次元位置データ出力部」2409とからなり、回転中心角取得部は「第三回転中心角検出手段」2410を有する。構成は基本的に実施例1に記載の3次元形状測定装置の構成と同じであるため、相違点となる第三回転中心角算出手段について以下説明する。
<Configuration>
FIG. 24 is a diagram illustrating an example of functional blocks of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present embodiment. The “three-dimensional shape measuring apparatus” 2400 of this embodiment includes a “moving image acquisition unit” 2401, a “feature point extraction unit” 2402, a “projection rotation locus detection unit” 2403, and a “projection rotation center detection unit” 2404. “Rotation radius detection unit” 2405, “Camera parameter acquisition unit” 2406, “Rotation center height detection unit” 2407, “Rotation center angle detection unit” 2408, and “3D position data output unit” 2409, The rotation center angle acquisition unit includes “third rotation center angle detection means” 2410. Since the configuration is basically the same as the configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus described in the first embodiment, the third rotation center angle calculating means as a difference will be described below.
「第三回転中心角算出手段」は、前記特徴点の投影回転中心の2次元投影座標と前記カメラパラメータに基づいて前記特徴点の所定の撮影タイミングにおける2次元投影座標を前記回転軸方向からみた座標に変換して前記回転中心角を検出する機能を有する。つまり、投影回転中心検出部とカメラパラメータ取得部の処理結果に基づいて回転中心角を検出することが可能である。   The “third rotation center angle calculating means” is a two-dimensional projection coordinate of the feature point at a predetermined shooting timing based on the two-dimensional projection coordinate of the projection rotation center of the feature point and the camera parameter. It has a function of detecting the rotation center angle by converting into coordinates. That is, the rotation center angle can be detected based on the processing results of the projection rotation center detection unit and the camera parameter acquisition unit.
図25を用いて説明すると、フレーム平面において投影回転中心の2次元投影回転中心とフレーム中心は一致せず、距離Lだけ離れている。ここで、投影回転中心を3次元座標の原点とすると、単位ベクトルX、Yとフレーム中心Aとカメラ位置Cは以下の数5の3次元座標で表わされる。
また、特徴点の所定の撮影タイミングの2次元投影座標をS=(Sx、Sy)、回転軸方向からみた座標をP=(Px、Py)とすると、2つの座標系の変換式は以下の数6のように表わされる。
Referring to FIG. 25, the two-dimensional projection rotation center of the projection rotation center does not coincide with the frame center on the frame plane, and is separated by a distance L. Here, assuming that the projection rotation center is the origin of the three-dimensional coordinates, the unit vectors X and Y, the frame center A, and the camera position C are represented by the following three-dimensional coordinates.
If the two-dimensional projection coordinates of the feature point at a predetermined shooting timing are S = (Sx, Sy) and the coordinates viewed from the direction of the rotation axis are P = (Px, Py), the conversion formulas of the two coordinate systems are as follows: It is expressed as in Equation 6.
数5と数6で示すように、特徴点の投影回転中心とカメラパラメータを取得することで、特徴点の2次元投影座標を回転軸方向からみた座標に変換することが可能になる。これにより、各特徴点間の角度である回転中心角を検出することが可能になる。なお、上記の例では投影回転中心を3次元座標の原点とした場合の変換式を示したが、その他の場合も同様に変換式を求めることが可能である。   As shown in Equations 5 and 6, by acquiring the projection rotation center of the feature point and the camera parameter, it is possible to convert the two-dimensional projection coordinates of the feature point into coordinates viewed from the rotation axis direction. This makes it possible to detect the rotation center angle that is the angle between each feature point. In the above example, the conversion formula when the projection rotation center is the origin of the three-dimensional coordinate is shown, but the conversion formula can be similarly obtained in other cases.
<具体的な構成>
本実施例の3次元形状測定装置のハードウェア構成は、基本的に図6を用いて説明した実施例1の装置のハードウェア構成と共通する。ただし、本実施例の3次元形状測定装置は、回転中心角取得プログラムとして第三回転中心角検出ルーチンを有する点を特徴とする。CPUは回転中心角取得プログラムの第三回転中心角検出ルーチンを実行し、投影回転中心検出プログラムとカメラパラメータ取得プログラムの処理結果を参照して、特徴点の所定の撮影タイミングにおける2次元投影座標を回転軸方向からみた座標に変換して回転中心角を検出する処理を行う。具体的には、取得した投影回転中心の座標とカメラパラメータを座標変換式に代入して回転軸方向からみた座標を算出する処理を行い、処理結果に基づいて各特徴点間の回転中心角を算出し、各特徴点間の回転中心角と関連付けてメインメモリの所定のアドレスに格納する。
<Specific configuration>
The hardware configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment is basically the same as the hardware configuration of the apparatus of the first embodiment described with reference to FIG. However, the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment is characterized in that it has a third rotation center angle detection routine as a rotation center angle acquisition program. The CPU executes the third rotation center angle detection routine of the rotation center angle acquisition program, refers to the processing results of the projection rotation center detection program and the camera parameter acquisition program, and calculates the two-dimensional projection coordinates of the feature points at a predetermined shooting timing. A process of detecting the rotation center angle by converting the coordinates into the coordinates seen from the rotation axis direction is performed. Specifically, the coordinate of the acquired projection rotation center and camera parameters are substituted into the coordinate conversion formula to calculate the coordinates seen from the rotation axis direction, and the rotation center angle between each feature point is calculated based on the processing result. It is calculated and stored at a predetermined address in the main memory in association with the rotation center angle between each feature point.
<処理手順>
本実施例の処理手順は基本的に図7を用いて説明した実施例1の処理手順と共通する。ただし、本実施例の回転中心角取得ステップは、前記特徴点の投影回転中心の2次元投影座標と前記カメラパラメータに基づいて前記特徴点の所定の撮影タイミングにおける2次元投影座標を前記回転軸方向からみた座標に変換して前記回転中心角を検出する第三回転中心角検出サブステップを有することを特徴とする。
<Processing procedure>
The processing procedure of the present embodiment is basically the same as the processing procedure of the first embodiment described with reference to FIG. However, the rotation center angle acquisition step of the present embodiment is configured such that the two-dimensional projection coordinates at the predetermined photographing timing of the feature points are determined in the direction of the rotation axis based on the two-dimensional projection coordinates of the projection rotation center of the feature points and the camera parameters. And a third rotation center angle detection sub-step for detecting the rotation center angle by converting the coordinates into tangential coordinates.
<効果>
本実施例の3次元形状測定装置は、実施例1の効果に加えて、各特徴点の投影回転中心の2次元投影座標とカメラパラメータに基づいて各特徴点の所定の撮影タイミングにおける2次元投影座標を回転軸方向からみた座標に変換して回転中心角を検出することが可能である。
<Effect>
In addition to the effects of the first embodiment, the three-dimensional shape measurement apparatus according to the present embodiment performs two-dimensional projection at a predetermined shooting timing of each feature point based on the two-dimensional projection coordinates of the projection rotation center of each feature point and camera parameters. It is possible to detect the rotation center angle by converting the coordinates into coordinates viewed from the rotation axis direction.
0100 3次元形状測定装置
0101 動画像取得部
0102 特徴点抽出部
0103 投影回転軌跡検出部
0104 投影回転中心検出部
0105 回転半径検出部
0106 カメラパラメータ取得部
0107 回転中心高度検出部
0108 回転中心角検出部
0109 3次元位置データ出力部
0810 特徴点特定手段
0811 特徴点特定情報受付手段
1010 楕円未知数算出手段
1110 半回転検出手段
1111 第一検出手段
1610 第二検出手段
1910 カメラパラメータ算出手段
2110 第一回転中心角検出手段
2310 第二回転中心角検出手段
2410 第三回転中心角検出手段
0100 3D shape measurement apparatus 0101 moving image acquisition unit 0102 feature point extraction unit 0103 projection rotation locus detection unit 0104 projection rotation center detection unit 0105 rotation radius detection unit 0106 camera parameter acquisition unit 0107 rotation center altitude detection unit 0108 rotation center angle detection unit 0109 Three-dimensional position data output unit 0810 Feature point specifying unit 0811 Feature point specifying information receiving unit 1010 Ellipse unknown number calculating unit 1110 Half rotation detecting unit 1111 First detecting unit 1610 Second detecting unit 1910 Camera parameter calculating unit 2110 First rotation center angle Detection means 2310 Second rotation center angle detection means 2410 Third rotation center angle detection means

Claims (22)

  1. 基準面に対する法線を回転軸として回転する回転テーブルの上に載置された測定物体が
    回転テーブルと供に回転する様子を捉えた動画像で、固定点から前記回転テーブルの回転
    中心に視線を向けたカメラにより撮影された動画像のデータを取得する動画像取得部と、
    前記動画像を構成するフレームにおける前記測定物体の複数の特徴点を抽出する特徴点
    抽出部と、
    前記特徴点の回転軌跡が前記フレーム上に投影された投影回転軌跡を検出する投影回転
    軌跡検出部と、
    前記特徴点の回転中心が前記フレーム上に投影された投影回転中心の2次元投影座標を
    検出する投影回転中心検出部と、
    前記特徴点の投影回転軌跡及び投影回転中心の2次元投影座標に基づいて回転テーブル
    の回転軸から特徴点までの距離である回転半径を検出する回転半径検出部と、
    前記カメラのカメラアングル及びカメラから回転テーブルの回転中心までの距離である
    視線距離をカメラパラメータとして取得するカメラパラメータ取得部と、
    前記特徴点の投影回転中心の2次元投影座標と前記カメラパラメータに基づいて特徴点
    の回転中心から回転テーブルの回転中心までの距離である回転中心高度を検出する回転中
    心高度検出部と、
    前記回転テーブルの回転軸を基準とした特徴点間の角度である回転中心角を検出する回
    転中心角検出部と、
    前記特徴点の回転半径及び回転中心高度及び回転中心角に基づいて3次元位置データを
    出力する3次元位置データ出力部と、
    を有する3次元形状測定装置。
    A moving image that captures how a measurement object placed on a rotary table that rotates with the normal to the reference plane as a rotation axis rotates with the rotary table. A moving image acquisition unit for acquiring data of a moving image taken by a camera directed to
    A feature point extraction unit that extracts a plurality of feature points of the measurement object in a frame constituting the moving image;
    A projection rotation locus detector that detects a projection rotation locus in which the rotation locus of the feature point is projected on the frame;
    A projection rotation center detection unit for detecting a two-dimensional projection coordinate of a projection rotation center in which the rotation center of the feature point is projected on the frame;
    A rotation radius detection unit that detects a rotation radius that is a distance from the rotation axis of the rotary table to the feature point based on the projection rotation locus of the feature point and the two-dimensional projection coordinates of the projection rotation center;
    A camera parameter acquisition unit that acquires a camera angle and a line-of-sight distance that is a distance from the camera to the rotation center of the rotary table as a camera parameter;
    A rotation center height detection unit that detects a rotation center height that is a distance from the rotation center of the feature point to the rotation center of the rotation table based on the two-dimensional projection coordinates of the projection rotation center of the feature point and the camera parameter;
    A rotation center angle detection unit that detects a rotation center angle that is an angle between feature points with respect to the rotation axis of the rotation table;
    A three-dimensional position data output unit that outputs three-dimensional position data based on the rotation radius, rotation center height, and rotation center angle of the feature points;
    A three-dimensional shape measuring apparatus.
  2. 前記特徴点抽出部は、
    前記フレームにおいて特徴点を特定するための情報である特徴点特定情報を受け付ける
    特徴点特定情報受付手段と、
    前記特徴点特定情報に基づいて特徴点を特定する特徴点特定手段を有することを特徴と
    する請求項1に記載の3次元形状測定装置。
    The feature point extraction unit includes:
    Feature point specifying information receiving means for receiving feature point specifying information which is information for specifying a feature point in the frame;
    The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising a feature point specifying unit that specifies a feature point based on the feature point specifying information.
  3. 前記投影回転軌跡検出部は、
    一の特徴点につき4以上の2次元投影座標に基づいて前記投影回転軌跡を示す楕円方程
    式の未知数を算出する楕円未知数算出手段を有することを特徴とする請求項1又は2に記
    載の3次元形状測定装置。
    The projection rotation locus detection unit
    3. The three-dimensional shape according to claim 1, further comprising an ellipse unknown quantity calculating means for calculating an unknown quantity of an elliptic equation indicating the projection rotation locus based on four or more two-dimensional projection coordinates for one feature point. measuring device.
  4. 前記投影回転中心検出部は、
    前記回転テーブルが半回転したことを検出する半回転検出手段と、
    前記半回転検出手段による半回転の検出に基づいて半回転分の開きがある2つのフレー
    ムを一の特徴点につき2組以上抽出し、前記半回転分の開きがある2つのフレームにおけ
    る一の特徴点の2次元投影座標を直線で結んで形成される線分を複数生成し、前記複数の
    線分の交点を一の特徴点のフレーム上の投影回転中心として検出する第一検出手段を有す
    ることを特徴とする請求項1から3のいずれか一に記載の3次元形状測定装置。
    The projection rotation center detection unit
    A half-rotation detecting means for detecting that the rotary table is half-rotated;
    Based on the detection of half rotation by the half rotation detection means, two or more sets of two frames having a half rotation opening are extracted per feature point, and one feature in the two frames having the half rotation opening is extracted. A plurality of line segments formed by connecting the two-dimensional projection coordinates of the points with straight lines, and first detection means for detecting an intersection of the plurality of line segments as a projection rotation center on a frame of one feature point; The three-dimensional shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3.
  5. 前記回転テーブルは回転テーブルの回転中心を中心とする一の円の円周上に180度間
    隔で配置された2つの半回転目印点を1組以上有し、
    前記半回転検出手段は、
    前記回転テーブルが半回転したことを前記半回転目印点を利用して検出することを特徴
    とする請求項4に記載の3次元形状測定装置。
    The rotary table has one or more sets of two half-turn mark points arranged at intervals of 180 degrees on the circumference of one circle centered on the rotation center of the rotary table,
    The half rotation detection means includes
    The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 4, wherein the half rotation of the rotary table is detected using the half rotation mark point.
  6. 前記回転テーブルは一定角速度で回転することを特徴とし、
    前記半回転検出手段は、
    前記回転テーブルの周期を取得して前記回転テーブルが半回転したことを検出すること
    を特徴とする請求項4に記載の3次元形状測定装置。
    The rotary table rotates at a constant angular velocity,
    The half rotation detection means includes
    The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 4, wherein a period of the rotary table is acquired to detect that the rotary table is half-rotated.
  7. 前記回転テーブルは一定角速度で回転することを特徴とし、
    前記投影回転中心検出部は、
    前記回転テーブルの角速度が一定であるとの条件から、一の特徴点につき3以上のフレ
    ームの2次元投影座標及び撮影されたタイミングの情報に基づいてフレーム上の投影回転
    中心を検出する第二検出手段を有することを特徴とする請求項1からのいずれか一に記
    載の3次元形状測定装置。
    The rotary table rotates at a constant angular velocity,
    The projection rotation center detection unit
    Second detection for detecting a projection rotation center on a frame based on two-dimensional projection coordinates of three or more frames per one feature point and information on the timing of photographing, on the condition that the angular velocity of the rotary table is constant 3-dimensional shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it has means.
  8. 前記カメラパラメータ取得部は、
    前記回転テーブル上にある一の特徴点の投影回転軌跡に基づいて前記カメラパラメータ
    を算出するカメラパラメータ算出手段を有することを特徴とする請求項1から7のいずれ
    か一に記載の3次元形状測定装置。
    The camera parameter acquisition unit
    The three-dimensional shape measurement according to any one of claims 1 to 7, further comprising camera parameter calculation means for calculating the camera parameter based on a projected rotation locus of one feature point on the rotation table. apparatus.
  9. 前記回転テーブルは回転テーブルの回転中心を中心とする一の円の円周上に一定角度間
    隔で配置された回転目盛を有することを特徴とし、
    前記回転中心角取得部は、
    測定基準線を一の特徴点が通過してから他の特徴点が通過するまでに回転テーブルが回
    転した角度を前記回転目盛を利用して検出し、前記回転中心角とする第一回転中心角検出
    手段を有することを特徴とする請求項1から8のいずれか一に記載の3次元形状測定装置。
    The rotary table has a rotary scale arranged at constant angular intervals on the circumference of one circle centered on the rotation center of the rotary table,
    The rotation center angle acquisition unit
    A first rotation center angle that uses the rotation scale to detect the angle at which the rotary table rotates from the time one feature point passes through the measurement reference line until the other feature point passes. It has a detection means, The three-dimensional shape measuring apparatus as described in any one of Claim 1 to 8 characterized by the above-mentioned.
  10. 前記回転テーブルは一定角速度で回転することを特徴とし、
    前記回転中心角取得部は、
    測定基準線を一の特徴点が通過してから他の特徴点が通過するまでの経過時間及び前記
    回転テーブルの周期を取得して前記回転中心角を検出する第二回転中心角検出手段を有す
    ることを特徴とする請求項1から8のいずれか一に記載の3次元形状測定装置。
    The rotary table rotates at a constant angular velocity,
    The rotation center angle acquisition unit
    Second rotation center angle detecting means for detecting the rotation center angle by acquiring the elapsed time from the passage of one feature point through the measurement reference line to the passage of another feature point and the period of the turntable. The three-dimensional shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein
  11. 前記回転中心角取得部は、
    前記特徴点の投影回転中心の2次元投影座標と前記カメラパラメータに基づいて前記特
    徴点の所定の撮影タイミングにおける2次元投影座標を前記回転軸方向からみた座標に変
    換して前記回転中心角を検出する第三回転中心角検出手段を有することを特徴とする請求
    項1から8のいずれか一に記載の3次元形状測定装置。
    The rotation center angle acquisition unit
    Based on the two-dimensional projection coordinate of the projection rotation center of the feature point and the camera parameter, the two-dimensional projection coordinate at a predetermined photographing timing of the feature point is converted into a coordinate viewed from the rotation axis direction to detect the rotation center angle. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising a third rotation center angle detecting unit.
  12. 基準面に対する法線を回転軸として回転する回転テーブルの上に載置された測定物体が
    回転テーブルと供に回転する様子を捉えた動画像で、固定点から前記回転テーブルの回転
    中心に視線を向けたカメラにより撮影された動画像のデータを取得する動画像取得ステッ
    プと、
    前記動画像を構成するフレームにおける前記測定物体の複数の特徴点を抽出する特徴点
    抽出ステップと、
    前記特徴点の回転軌跡がフレーム上に投影された投影回転軌跡を検出する投影回転軌跡
    検出ステップと、
    前記特徴点の回転中心がフレーム上に投影された投影回転中心の2次元投影座標を検出
    する投影回転中心検出ステップと、
    前記特徴点の投影回転軌跡及び投影回転中心の2次元投影座標に基づいて回転テーブル
    の回転軸から特徴点までの距離である回転半径を検出する回転半径検出ステップと、
    前記カメラのカメラアングル及びカメラから回転テーブルの回転中心までの距離である
    視線距離をカメラパラメータとして取得するカメラパラメータ取得ステップと、
    前記特徴点の投影回転中心の2次元投影座標と前記カメラパラメータに基づいて特徴点
    の回転中心から回転テーブルの回転中心までの距離である回転中心高度を検出する回転中
    心高度検出ステップと、
    前記回転テーブルの回転軸を基準とした特徴点間の角度である回転中心角を検出する回
    転中心角検出ステップと、
    前記特徴点の回転半径及び回転中心高度及び回転中心角に基づいて3次元位置データを
    出力する3次元位置データ出力ステップと、
    を有する3次元形状測定方法。
    A moving image that captures how a measurement object placed on a rotary table that rotates with the normal to the reference plane as a rotation axis rotates with the rotary table. A moving image acquisition step of acquiring data of a moving image taken by a camera directed to
    A feature point extracting step of extracting a plurality of feature points of the measurement object in a frame constituting the moving image;
    A projection rotation locus detecting step for detecting a projection rotation locus in which the rotation locus of the feature point is projected on a frame;
    A projection rotation center detection step of detecting a two-dimensional projection coordinate of the projection rotation center in which the rotation center of the feature point is projected on a frame;
    A turning radius detecting step of detecting a turning radius that is a distance from the rotation axis of the rotary table to the feature point based on the projection rotation locus of the feature point and the two-dimensional projection coordinates of the projection rotation center;
    A camera parameter acquisition step of acquiring a camera angle of the camera and a line-of-sight distance that is a distance from the camera to the rotation center of the rotary table as a camera parameter;
    A rotation center height detecting step for detecting a rotation center height that is a distance from the rotation center of the feature point to the rotation center of the rotation table based on the two-dimensional projection coordinates of the projection rotation center of the feature point and the camera parameter;
    A rotation center angle detection step of detecting a rotation center angle that is an angle between feature points with respect to the rotation axis of the rotation table;
    A three-dimensional position data output step for outputting three-dimensional position data based on the rotation radius, rotation center height, and rotation center angle of the feature points;
    A three-dimensional shape measuring method.
  13. 前記特徴点抽出ステップは、
    前記フレームにおいて特徴点を特定するための情報である特徴点特定情報を受け付ける
    特徴点特定情報受付サブステップと、
    前記特徴点特定情報に基づいて特徴点を特定する特徴点特定サブステップを有すること
    を特徴とする請求項12に記載の3次元形状測定方法。
    The feature point extraction step includes:
    A feature point specifying information receiving substep for receiving feature point specifying information which is information for specifying a feature point in the frame;
    The three-dimensional shape measuring method according to claim 12, further comprising a feature point specifying sub-step for specifying a feature point based on the feature point specifying information.
  14. 前記投影回転軌跡検出ステップは、
    一の特徴点につき4以上の2次元投影座標に基づいて前記投影回転軌跡を示す楕円方程
    式の未知数を算出する楕円未知数算出サブステップを有することを特徴とする請求項12
    又は13に記載の3次元形状測定方法。
    The projected rotation locus detection step includes
    13. The ellipse unknown quantity calculation sub-step for calculating an unknown quantity of an elliptic equation indicating the projection rotation locus based on four or more two-dimensional projection coordinates per feature point.
    Or the three-dimensional shape measuring method of 13.
  15. 前記投影回転中心検出ステップは、
    前記回転テーブルが半回転したことを検出する半回転検出サブステップと、
    前記半回転検出サブステップによる半回転したことの検出に応じて半回転分の開きがあ
    る2つのフレームを一の特徴点につき2組以上抽出し、前記半回転分の開きがある2つの
    フレームにおける一の特徴点の2次元投影座標を直線で結んで形成される線分を複数生成
    し、前記複数の線分の交点を一の特徴点のフレーム上の投影回転中心として検出する第一
    検出サブステップを有することを特徴とする請求項12から14のいずれか一に記載の3
    次元形状測定方法。
    The projection rotation center detection step includes
    A half-rotation detection sub-step for detecting that the rotary table is half-rotated;
    Two or more sets of two frames having a half rotation opening are extracted in response to detection of half rotation by the half rotation detection sub-step, and the two frames having the half rotation opening are extracted. A first detection sub for generating a plurality of line segments formed by connecting two-dimensional projection coordinates of one feature point with a straight line and detecting an intersection of the plurality of line segments as a projection rotation center on the frame of the one feature point 15. The method according to claim 12, further comprising steps.
    Dimensional shape measurement method.
  16. 前記回転テーブルは回転テーブルの回転中心を中心とする一の円の円周上に180度間
    隔で配置された2つの半回転目印点を1組以上有し、
    前記半回転検出サブステップは、
    前記回転テーブルが半回転したことを前記半回転目印点を利用して検出することを特徴
    とする請求項15に記載の3次元形状測定方法。
    The rotary table has one or more sets of two half-turn mark points arranged at intervals of 180 degrees on the circumference of one circle centered on the rotation center of the rotary table,
    The half rotation detection sub-step includes:
    The three-dimensional shape measuring method according to claim 15, wherein the half rotation of the rotary table is detected using the half rotation mark point.
  17. 前記回転テーブルは一定角速度で回転することを特徴とし、
    前記半回転検出サブステップは、
    前記回転テーブルの周期を取得して前記回転テーブルが半回転したことを検出すること
    を特徴とする請求項15に記載の3次元形状測定方法。
    The rotary table rotates at a constant angular velocity,
    The half rotation detection sub-step includes:
    The three-dimensional shape measuring method according to claim 15, wherein a period of the turntable is acquired to detect that the turntable is half-rotated.
  18. 前記回転テーブルは一定角速度で回転することを特徴とし、
    前記投影回転中心検出ステップは、
    前記回転テーブルの角速度が一定であるとの条件から、一の特徴点につき3以上のフレ
    ームの2次元投影座標及び撮影されたタイミングの情報に基づいてフレーム上の投影回転
    中心を検出する第二検出サブステップを有することを特徴とする請求項12から14のい
    ずれか一に記載の3次元形状測定方法。
    The rotary table rotates at a constant angular velocity,
    The projection rotation center detection step includes
    Second detection for detecting a projection rotation center on a frame based on two-dimensional projection coordinates of three or more frames per one feature point and information on the timing of photographing, on the condition that the angular velocity of the rotary table is constant 3-dimensional shape measuring method according to any one of claims 12 to 14, characterized in that it comprises a sub-step.
  19. 前記カメラパラメータ取得ステップは、
    前記回転テーブル上にある一の特徴点の投影回転軌跡に基づいて前記カメラパラメータ
    を算出するカメラパラメータ算出サブステップを有することを特徴とする請求項12から
    18のいずれか一に記載の3次元形状測定方法。
    The camera parameter acquisition step includes:
    The three-dimensional shape according to any one of claims 12 to 18, further comprising a camera parameter calculation substep for calculating the camera parameter based on a projected rotation locus of one feature point on the rotation table. Measuring method.
  20. 前記回転テーブルは回転テーブルの回転中心を中心とする一の円の円周上に一定角度間
    隔で配置された回転目盛を有することを特徴とし、
    前記回転中心角取得ステップは、
    測定基準線を一の特徴点が通過してから他の特徴点が通過するまでに回転テーブルが回
    転した角度を前記回転目盛を利用して検出し、前記回転中心角とする第一回転中心角検出
    サブステップを有することを特徴とする請求項12から19のいずれか一に記載の3次元
    形状測定方法。
    The rotary table has a rotary scale arranged at constant angular intervals on the circumference of one circle centered on the rotation center of the rotary table,
    The rotation center angle acquisition step includes:
    A first rotation center angle that uses the rotation scale to detect the angle at which the rotary table rotates from the time one feature point passes through the measurement reference line until the other feature point passes. The three-dimensional shape measuring method according to any one of claims 12 to 19, further comprising a detection sub-step.
  21. 前記回転テーブルは一定角速度で回転することを特徴とし、
    前記回転中心角取得ステップは、
    測定基準線を一の特徴点が通過してから他の特徴点が通過するまでの経過時間及び前記
    回転テーブルの周期を取得して前記回転中心角を検出する第二回転中心角検出サブステッ
    プを有することを特徴とする請求項12から19のいずれか一に記載の3次元形状測定方
    法。
    The rotary table rotates at a constant angular velocity,
    The rotation center angle acquisition step includes:
    A second rotation center angle detection sub-step for detecting the rotation center angle by acquiring the elapsed time from the passage of one feature point through the measurement reference line to the passage of another feature point and the period of the turntable; The three-dimensional shape measuring method according to claim 12, wherein the three-dimensional shape measuring method is provided.
  22. 前記回転中心角取得ステップは、
    前記特徴点の投影回転中心の2次元投影座標と前記カメラパラメータに基づいて前記特
    徴点の所定の撮影タイミングにおける2次元投影座標を前記回転軸方向からみた座標に変
    換して前記回転中心角を検出する第三回転中心角検出サブステップを有することを特徴と
    する請求項12から19のいずれか一に記載の3次元形状測定方法。
    The rotation center angle acquisition step includes:
    Based on the two-dimensional projection coordinate of the projection rotation center of the feature point and the camera parameter, the two-dimensional projection coordinate at a predetermined photographing timing of the feature point is converted into a coordinate viewed from the rotation axis direction to detect the rotation center angle. The three-dimensional shape measuring method according to claim 12, further comprising a third rotation center angle detecting sub-step.
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