JP5685516B2 - 3D shape measuring device - Google Patents

3D shape measuring device Download PDF

Info

Publication number
JP5685516B2
JP5685516B2 JP2011234018A JP2011234018A JP5685516B2 JP 5685516 B2 JP5685516 B2 JP 5685516B2 JP 2011234018 A JP2011234018 A JP 2011234018A JP 2011234018 A JP2011234018 A JP 2011234018A JP 5685516 B2 JP5685516 B2 JP 5685516B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
target object
dimensional shape
photographing
dimensional
information
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2011234018A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013092878A (en
Inventor
玲子 有賀
玲子 有賀
篤彦 前田
篤彦 前田
小林 稔
稔 小林
裕 千明
裕 千明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2011234018A priority Critical patent/JP5685516B2/en
Publication of JP2013092878A publication Critical patent/JP2013092878A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5685516B2 publication Critical patent/JP5685516B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Processing Or Creating Images (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Description

本発明は、対象物体の全周3次元形状を計測する3次元形状計測装置に関する。   The present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus that measures a three-dimensional shape of an entire circumference of a target object.

近年、対象物体を立体的に認識可能とするために、対象物体の3次元形状を全周に渡って計測する装置が提案されている。この装置は、対象物体を回転させながら撮影する、計測装置自体を対象物体の周りを移動させながら撮影する、複数台の撮影装置で同時に複数方向から撮影する、といった手法で対象物体全周の画像を取得し、その全周画像から3次元モデルを作成する構成となっている(例えば特許文献1参照)。   In recent years, an apparatus for measuring the three-dimensional shape of a target object over the entire circumference has been proposed in order to make the target object recognizable in three dimensions. This device shoots while rotating the target object, shoots while moving the measurement device itself around the target object, and shoots from multiple directions at the same time with multiple imaging devices. And a three-dimensional model is created from the entire circumference image (see, for example, Patent Document 1).

特開2001−243497号公報JP 2001-243497 A

従来の3次元形状計測装置では、一度に得られる3次元モデルは撮影装置の方を向いている面だけであり、全周の3次元モデルを得るためには、対象物体を回転させるまたは撮影装置を移動させることが必要であり、計測に時間がかかるといった問題があった。   In the conventional three-dimensional shape measuring apparatus, the three-dimensional model obtained at a time is only the surface facing the photographing apparatus. To obtain the three-dimensional model of the entire circumference, the target object is rotated or the photographing apparatus There is a problem that it takes time to measure.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、対象物体の全周3次元モデルの計測に必要な情報を、対象物体を回転させるまたは撮影装置を移動させることなく短時間に取得することができ、これによって短時間に対象物体の全周3次元モデルを表示することのできる3次元形状計測装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to rotate the target object or move the photographing apparatus for information necessary for measurement of the entire three-dimensional model of the target object. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional shape measuring apparatus that can be acquired in a short time and thereby can display a three-dimensional model of the entire circumference of a target object in a short time.

本発明に係る3次元形状計測装置は以下のような態様の構成とする。
(1)パネルが側面及び上面に配置され接合されて底面が開放された形状の筐体と、前記パネルの各内面に配置され前記筐体内部を撮影する撮影手段と、前記筐体内部を複数方向から選択的に照射する照明手段とを備え、前記底面側から対象物体に被せて使用するスタジオ装置と、前記照明手段に前記筐体内部を複数方向から選択的に照射させ、前記照射の切り替えに応じて前記パネルの各面に配置される複数の撮影手段の撮影画像を取得し、これらの撮影画像から前記対象物体の形状を示す3次元情報を演算し、この3次元情報に基づいて全周3次元モデルを作成する演算制御手段とを具備し、前記演算制御手段は、前記複数の撮影手段により異なる方向から見た前記対象物体を異なる複数の照明条件の下で撮影することで、当該対象物体を複数の方向から見た3次元形状情報を取得する手段と、全照明点灯条件で前記複数の撮影手段によりそれぞれ撮影することで、前記対象物体を複数の方向から見たテクスチャ情報を取得する手段と、前記取得された対象物体の3次元形状情報をもとに当該対象物体を複数の方向から見た3次元形状を復元する手段と、当該復元された3次元形状の座標に前記取得されたテクスチャ情報をマッピングしてこれを統合することにより全周3次元座標を演算して、前記対象物体の全周3次元モデルを作成する手段とを備える態様とする。
The three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention has the following configuration.
(1) A casing having a shape in which a panel is disposed on a side surface and an upper surface and joined and an open bottom surface is formed; photographing means disposed on each inner surface of the panel for photographing the inside of the housing; and a plurality of the interiors of the housing A lighting device that selectively illuminates from a direction, and a studio apparatus that is used by covering the target object from the bottom surface side, and the illuminating unit selectively irradiates the inside of the housing from a plurality of directions to switch the irradiation. In response to the above, a captured image of a plurality of imaging means arranged on each surface of the panel is acquired, and 3D information indicating the shape of the target object is calculated from these captured images, and all the 3D information is calculated based on the 3D information. comprising an arithmetic control means for creating a circumferential 3D model, said operation control means, by photographing the target object viewed from different directions by the plurality of imaging means under different illumination conditions, the Target object Means for obtaining three-dimensional shape information viewed from a plurality of directions, and means for acquiring texture information obtained by viewing the target object from a plurality of directions by photographing each of the plurality of photographing means under all illumination lighting conditions. , Means for restoring a three-dimensional shape of the target object viewed from a plurality of directions based on the acquired three-dimensional shape information of the target object, and the acquired texture at the coordinates of the restored three-dimensional shape And a means for calculating an all-round three-dimensional coordinate by mapping information and integrating the information, and creating an all-around three-dimensional model of the target object .

(2)(1)の構成において、前記撮影手段は、所定の倍率で拡大するレンズと、このレンズで拡大される画像を取得するイメージセンサとを備える態様とする。
(3)(1)において、前記撮影手段は、前記パネルの内面側に設けられ、複数のピンホールを所定間隔で形成してなるピンホールアレイと、前記ピンホールアレイのピンホールを透過して受光面に投影される画像を取得するイメージセンサを備える態様とする。
(2) In the configuration of (1), the photographing unit includes a lens that is magnified at a predetermined magnification and an image sensor that acquires an image magnified by the lens.
(3) In (1), the photographing means is provided on the inner surface side of the panel and transmits a pinhole array in which a plurality of pinholes are formed at a predetermined interval and the pinholes of the pinhole array. It is set as the aspect provided with the image sensor which acquires the image projected on a light-receiving surface.

(4)(1)において、前記スタジオ装置は、前記対象物体の載置面に置かれたことを検出する検出手段を備え、前記演算制御手段は前記検出手段の検出に基づいて前記処理の実行を開始する態様とする。
(5)(1)において、前記撮像手段は異なる波長に感度を持ち、前記照明手段は異なる波長で発光する照明群を備える態様とする。
(4) In (1), the studio apparatus includes a detecting unit that detects that the object is placed on the placement surface of the target object, and the arithmetic control unit executes the processing based on the detection by the detecting unit. It is set as the aspect which starts.
(5) In (1), the imaging means is sensitive to different wavelengths, and the illumination means includes an illumination group that emits light at different wavelengths.

本発明によれば、撮影手段と照明手段の組み合わせを演算制御手段によって高速に制御して、各照明の点灯中に撮影手段によって撮影することにより、効率よく短時間で、各照明条件下での前後左右情報の対象物体の陰影情報、すなわち全周3次元形状計測に必要な情報を取得する。また、箱型筐体の側面及び上面に筐体内部に向かって撮影手段を配置して対象物体の全周囲から撮影を同時に行うことができるようにしているので、対象物体にスタジオ装置を被せるという簡単な操作によって、対象物体の全周3次元形状計測に必要な情報を短時間に取得することができる。   According to the present invention, the combination of the photographing means and the illumination means is controlled at high speed by the arithmetic and control means, and the photographing means is used to shoot while each illumination is turned on, so that it can be efficiently performed in a short time under each illumination condition. Shading information of the target object of front / rear / left / right information, that is, information necessary for measuring the entire three-dimensional shape is obtained. In addition, since the photographing means is arranged on the side surface and the upper surface of the box-shaped housing toward the inside of the housing so that photographing can be performed simultaneously from the entire periphery of the target object, the target object is covered with the studio apparatus. By a simple operation, information necessary for measuring the three-dimensional shape of the entire circumference of the target object can be acquired in a short time.

また、撮影手段としてレンズとイメージセンサを用いることにより、レンズによって計測対象物体からの反射光がイメージセンサに集光されるために撮影手段が小型化され、撮影手段及び照明手段ともに小型な光学部品となり、3次元形状計測可能な範囲内で匡体の形状を自由に設計することを可能にする。   Further, by using a lens and an image sensor as photographing means, the photographing means is miniaturized because the reflected light from the object to be measured is condensed on the image sensor by the lens, and both the photographing means and the illumination means are small optical components. Thus, it is possible to freely design the shape of the housing within the range in which the three-dimensional shape can be measured.

また、撮影手段としてピンホールアレイとイメージセンサを用いることにより、撮影可能範囲を広げるために撮影手段を筐体中心部から離す必要がなくなり、計測装置の横幅を小型化することを可能にする。
また、スタジオ装置に対象物体の載置面に置かれたことを検出する検出手段を装備することで、対象物体に筐体を被せるというユーザにとってわかりやすい動作によって3次元形状計測を開始することを可能にする。
In addition, by using a pinhole array and an image sensor as photographing means, it is not necessary to separate the photographing means from the center of the casing in order to widen the photographing range, and the width of the measuring device can be reduced.
In addition, it is possible to start 3D shape measurement with an easy-to-understand operation for the user to cover the target object with a casing by equipping the studio device with detection means for detecting that the target object is placed on the mounting surface. To.

また、スタジオ装置において、異なる波長を発光する照明手段と、この波長にピーク感度を持つ撮影手段を用いることにより、同時に異なる波長で計測を行うことができ、より短時間に3次元形状計測を行うことを可能にする。
以上のように、本発明によれば、対象物体の全周3次元形状モデルの計測に必要な情報を比較的短時間に取得して、対象物体の全周3次元形状モデルを表示することのできる3次元形状計測装置を提供することができる。
Further, in a studio apparatus, by using an illumination unit that emits light having a different wavelength and an imaging unit having a peak sensitivity at this wavelength, it is possible to perform measurement at different wavelengths simultaneously, and to perform three-dimensional shape measurement in a shorter time. Make it possible.
As described above, according to the present invention, it is possible to acquire information necessary for measurement of the entire three-dimensional shape model of the target object in a relatively short time and display the three-dimensional shape model of the target object. A three-dimensional shape measuring apparatus that can be provided can be provided.

本発明の第1の実施形態に係る3次元形状計測装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the three-dimensional shape measuring apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態の演算制御装置の具体的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific structure of the arithmetic and control apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施形態のスタジオ装置において3次元形状情報及びテクスチャ情報を取得する計測プロセスを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the measurement process which acquires three-dimensional shape information and texture information in the studio apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施形態の計測プロセスによって取得される、3次元形状情報とテクスチャ情報の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the three-dimensional shape information and texture information acquired by the measurement process of 1st Embodiment. 第1の実施形態の演算制御装置において3次元モデルを復元する復元プロセスを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the decompression | restoration process which decompress | restores a three-dimensional model in the arithmetic and control apparatus of 1st Embodiment. 第2の実施形態において、撮影可能な対象物体のサイズと撮影装置の画角の関係を示した図である。In 2nd Embodiment, it is the figure which showed the relationship between the size of the target object which can be image | photographed, and the angle of view of an imaging device. 本発明の第3の実施形態に係る3次元形状計測装置の構成を示すブロック図である。。It is a block diagram which shows the structure of the three-dimensional shape measuring apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. . 第3の実施形態において、ピンホールの直径とピンホールアレイ面の厚さとの関係を説明するための図である。In 3rd Embodiment, it is a figure for demonstrating the relationship between the diameter of a pinhole, and the thickness of a pinhole array surface.

添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
(第1の実施形態)
図1は第1の実施形態に係る3次元形状計測装置の全体構成を示す図である。この3次元形状計測装置は、対象物体の3次元形状情報及びテクスチャ情報を取得するためのスタジオ装置10、取得された3次元形状情報及びテクスチャ情報から3次元モデルを生成する演算制御装置20、生成された3次元モデルを表示する表示装置30を備える。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiment described below is an example of the configuration of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus according to the first embodiment. The three-dimensional shape measurement apparatus includes a studio device 10 for acquiring three-dimensional shape information and texture information of a target object, an arithmetic control device 20 that generates a three-dimensional model from the acquired three-dimensional shape information and texture information, A display device 30 is provided for displaying the three-dimensional model.

上記スタジオ装置10は、図2に示すように、5枚のパネル101〜105を4つの側面及び上面に配置し接合して箱型に形成したもので、8つの各頂点には、スタジオ内部を照らすように照明装置111〜118が配置され、各側面及び上面のパネルには図中矢印A1〜A5で示すように4方及び上方からスタジオ内部方向を撮影する撮影装置121〜125が配置される。このスタジオ装置10は、3次元モデルを得たい対象物体(図示せず)に被せるようにして使用される。上記照明装置111〜118及び撮影装置121〜125は、演算制御装置20によって駆動制御される。また、撮影装置121〜125で得られた画像データは演算制御装置20に送られる。   As shown in FIG. 2, the studio apparatus 10 is formed by arranging five panels 101 to 105 on four side surfaces and an upper surface and joining them into a box shape. Illumination devices 111 to 118 are arranged so as to illuminate, and photographing devices 121 to 125 for photographing the inside direction of the studio from four directions and above are arranged on the side and top panels as indicated by arrows A1 to A5 in the figure. . The studio apparatus 10 is used so as to cover a target object (not shown) for which a three-dimensional model is desired. The lighting devices 111 to 118 and the photographing devices 121 to 125 are driven and controlled by the arithmetic control device 20. Further, the image data obtained by the photographing devices 121 to 125 is sent to the arithmetic control device 20.

演算制御装置20は、照明装置111〜118の点灯及び撮影装置121〜125の撮影をプログラム制御することによって得られる画像データを3次元形状情報及びテクスチャ情報として取り込み、これらの3次元形状情報及びテクスチャ情報に基づいて対象物体の3次元モデルを作成し、表示装置30に表示する。   The arithmetic and control unit 20 takes in image data obtained by program-controlling lighting of the lighting devices 111 to 118 and shooting of the imaging devices 121 to 125 as 3D shape information and texture information, and these 3D shape information and texture A three-dimensional model of the target object is created based on the information and displayed on the display device 30.

図2は上記演算制御装置20の具体的な構成を示すブロック図である。この演算制御装置20は、バス201上に上記照明装置111〜118、撮影装置121〜125及び表示装置30をそれぞれインターフェース(図示せず)を介して接続したものである。そして、本装置の制御及び情報処理を実行するCPU(演算処理装置)202、CPU202の処理プログラムを格納するためのプログラムメモリ203、情報処理の作業空間及び取得データ及び演算結果を格納する記憶装置204を備え、図3に示す3次元形状情報及びテクスチャ情報の取得処理(計測プロセス)と、図4に示す3次元モデルの復元処理(演算プロセス)を実行する。これらの処理については後述する。   FIG. 2 is a block diagram showing a specific configuration of the arithmetic and control unit 20. In the arithmetic and control unit 20, the lighting devices 111 to 118, the photographing devices 121 to 125, and the display device 30 are connected to a bus 201 via interfaces (not shown). A CPU (arithmetic processing unit) 202 for executing control and information processing of the apparatus, a program memory 203 for storing a processing program of the CPU 202, a work space for information processing, acquired data, and a storage unit 204 for storing calculation results. 3 is executed, and the three-dimensional shape information and texture information acquisition process (measurement process) shown in FIG. 3 and the three-dimensional model restoration process (calculation process) shown in FIG. 4 are executed. These processes will be described later.

上記構成による計測装置を用いて対象物体を計測する場合には、スタジオ装置10を底面の開口から対象物体Tに被せ、スタジオ内部のほぼ中央に対象物体Tを配置する。スタジオ装置10を被せられた対象物体Tを照明装置111〜118のうちの一つを点灯して照らしたときに、対象物体Tを撮影装置121〜125のうち適切な方向の撮影装置で撮影する。照明装置111〜118と撮影装置121〜125の組み合わせを演算制御装置20によって高速に制御する。   When measuring a target object using the measuring apparatus having the above-described configuration, the studio apparatus 10 is placed on the target object T from the opening on the bottom surface, and the target object T is disposed at substantially the center inside the studio. When the target object T covered with the studio apparatus 10 is illuminated by lighting one of the lighting apparatuses 111 to 118, the target object T is photographed by the photographing apparatus in an appropriate direction among the photographing apparatuses 121 to 125. . A combination of the lighting devices 111 to 118 and the photographing devices 121 to 125 is controlled at high speed by the arithmetic control device 20.

スタジオ装置10にて3次元モデル復元に必要な3次元形状情報及びテクスチャ情報を得た場合には、演算制御装置20において、3次元形状情報及びテクスチャ情報をもとに3次元モデルを作成し、得られた3次元モデルの情報を表示装置30に送り、所定の形式で表示させる。   When the studio device 10 obtains 3D shape information and texture information necessary for 3D model restoration, the arithmetic and control device 20 creates a 3D model based on the 3D shape information and texture information, Information on the obtained three-dimensional model is sent to the display device 30 and displayed in a predetermined format.

図3はスタジオ装置10において3次元形状情報及びテクスチャ情報を取得する計測プロセスを示すフローチャートである。まず、照明装置111を点灯して(ステップS1)撮影装置121,124,125で撮影を行う(ステップS2)。撮影が終了したら、照明装置111は消灯して照明装置112を点灯させ(ステップS3)、撮影装置121,124で撮影を行う(ステップS4)。撮影が終了したら、照明装置112は消灯して照明装置113を点灯させ(ステップS5)、撮影装置121,122,125で撮影を行う(ステップS6)。撮影が終了したら、照明装置113は消灯して照明装置114を点灯させ(ステップS7)、撮影装置121,122で撮影を行う(ステップS8)。撮影が終了したら、照明装置114は消灯して照明装置115を点灯させ(ステップS9)、撮影装置122,123,125で撮影を行う(ステップS10)。撮影が終了したら、照明装置115は消灯して照明装置116を点灯させ(ステップS11)、撮影装置122,123で撮影を行う(ステップS12)。撮影が終了したら、照明装置116は消灯して照明装置117を点灯させ(ステップS13)、撮影装置123,124,125で撮影を行う(ステップS14)。撮影が終了したら、照明装置117は消灯して照明装置118を点灯させ(ステップS15)、撮影装置123,124で撮影を行う(ステップS16)。撮影が終了したら、照明装置118は消灯して全照明装置111〜118を点灯させ(ステップS17)、全撮影装置121〜125で撮影を行う(ステップS18)。撮影が終了したら、全照明装置111〜118を消灯する(ステップS19)。最後に、得られた画像データ群を3次元形状情報及びテクスチャ情報として記憶装置204に格納する(ステップS20)。   FIG. 3 is a flowchart showing a measurement process for acquiring three-dimensional shape information and texture information in the studio apparatus 10. First, the illumination device 111 is turned on (step S1), and photographing is performed with the photographing devices 121, 124, and 125 (step S2). When the photographing is finished, the lighting device 111 is turned off and the lighting device 112 is turned on (step S3), and photographing is performed by the photographing devices 121 and 124 (step S4). When shooting is finished, the lighting device 112 is turned off and the lighting device 113 is turned on (step S5), and shooting is performed with the shooting devices 121, 122, and 125 (step S6). When the photographing is finished, the illumination device 113 is turned off and the illumination device 114 is turned on (step S7), and photographing is performed by the photographing devices 121 and 122 (step S8). When the photographing is finished, the illumination device 114 is turned off and the illumination device 115 is turned on (step S9), and photographing is performed with the photographing devices 122, 123, and 125 (step S10). When the photographing is completed, the illumination device 115 is turned off and the illumination device 116 is turned on (step S11), and photographing is performed by the photographing devices 122 and 123 (step S12). When shooting is finished, the lighting device 116 is turned off and the lighting device 117 is turned on (step S13), and shooting is performed with the shooting devices 123, 124, and 125 (step S14). When shooting is finished, the lighting device 117 is turned off and the lighting device 118 is turned on (step S15), and shooting is performed with the shooting devices 123 and 124 (step S16). When shooting is completed, the lighting device 118 is turned off and all the lighting devices 111 to 118 are turned on (step S17), and shooting is performed with all the shooting devices 121 to 125 (step S18). When shooting is completed, all the lighting devices 111 to 118 are turned off (step S19). Finally, the obtained image data group is stored in the storage device 204 as 3D shape information and texture information (step S20).

図4は上記計測プロセスによって取得される、3次元形状情報とテクスチャ情報の一例を示したものである。計測プロセスにおいて、撮影装置121〜125では、それぞれ方向A1〜A5から見た対象物体を4つの異なる照明条件で撮影する。各撮影装置121〜125で撮影された4枚の画像、すなわち計20枚の画像を各方向から見た3次元形状情報とする。また、各撮影装置121〜125で撮影された全照明点灯条件での画像、すなわち計5枚の画像を各方向から見たテクスチャ情報とする。例として、対象物体が立方体の場合の3次元形状情報を図4(a)に示し、テクスチャ情報を図4(b)に示す。   FIG. 4 shows an example of three-dimensional shape information and texture information acquired by the measurement process. In the measurement process, the imaging devices 121 to 125 capture the target object viewed from the directions A1 to A5 under four different illumination conditions. The four images taken by each of the photographing devices 121 to 125, that is, a total of 20 images are assumed to be three-dimensional shape information viewed from each direction. In addition, it is assumed that the images under the all-illumination lighting conditions photographed by each of the photographing devices 121 to 125, that is, a total of five images are texture information viewed from each direction. As an example, FIG. 4A shows the three-dimensional shape information when the target object is a cube, and FIG. 4B shows the texture information.

図5は演算制御装置20において3次元モデルを復元する復元プロセスを示すフローチャートである。まず、記憶装置204から3次元形状情報とテクスチャ情報を読み出し(ステップS21)、方向A1〜A5の各方向から見た対象物体の3次元形状を、撮影装置121〜125でそれぞれ撮影された4枚の画像セットである3次元形状情報から算出し復元する(ステップS22)。このとき用いる3次元形状復元アルゴリズムは、異なる照明条件下で撮影された複数画像から3次元形状を算出する照度差ステレオ法などの既存のアルゴリズムを用いてよい。   FIG. 5 is a flowchart showing a restoration process for restoring the three-dimensional model in the arithmetic and control unit 20. First, three-dimensional shape information and texture information are read from the storage device 204 (step S21), and the three-dimensional shapes of the target object viewed from the directions A1 to A5 are photographed by the photographing devices 121 to 125, respectively. Is calculated and restored from the three-dimensional shape information which is the image set (step S22). The three-dimensional shape restoration algorithm used at this time may use an existing algorithm such as an illuminance difference stereo method for calculating a three-dimensional shape from a plurality of images taken under different illumination conditions.

各方向から見た対象物体の3次元形状を算出し復元したら、3次元形状の座標にテクスチャ情報をマッピングして(ステップS23)これを統合して全周3次元座標を演算する(ステップS24)。具体的には、統合された全周3次元座標において、3次元ドロネー分割などを用いて三角メッシュ化し、各メッシュに対してテクスチャ情報で得たテクスチャを貼り、全周3次元モデルを得る。   When the three-dimensional shape of the target object viewed from each direction is calculated and restored, the texture information is mapped to the coordinates of the three-dimensional shape (step S23) and integrated to calculate the three-dimensional coordinates of the entire circumference (step S24). . Specifically, in the integrated all-round three-dimensional coordinates, a triangular mesh is formed using three-dimensional Delaunay division or the like, and a texture obtained by texture information is attached to each mesh to obtain a three-dimensional model around the entire circumference.

最後に、復元された全周3次元モデルを表示装置30に送り、ユーザ指定の方向から見た映像を表示する。表示装置30には、モニタやタッチパネル等の2次元ディスプレイを用いてもよいし、AR(Augmented Reality:拡張現実)で表示をしてディスプレイやHMD(Head Mounted Display:ヘッド・マウント・ディスプレイ)で閲覧してもよいし、3次元ディスプレイで表示してもよい。   Finally, the restored all-round three-dimensional model is sent to the display device 30 to display an image viewed from the direction specified by the user. The display device 30 may be a two-dimensional display such as a monitor or a touch panel, or may be displayed on AR (Augmented Reality) and viewed on a display or HMD (Head Mounted Display). Alternatively, it may be displayed on a three-dimensional display.

尚、本実施形態では立方体の筐体に実装した例を挙げたが、三角錐等の他の多面体でも応用は可能である。また、本実施形態では3次元形状復元アルゴリズムに照度差ステレオを用いる例を挙げたが、shape from shading等の陰影から形状を求めるアルゴリズムを適用してもよい。   In this embodiment, an example of mounting in a cubic housing has been described. However, other polyhedrons such as a triangular pyramid can be applied. In the present embodiment, an example in which illuminance difference stereo is used as the three-dimensional shape restoration algorithm has been described, but an algorithm for obtaining a shape from a shadow such as shape from shading may be applied.

(第2の実施形態)
続いて、第2の実施形態について説明する。尚、基本的な構成は第1の実施形態と同じであるので、ここでは構成に関する説明を省略する。
本実施形態における撮影装置121〜125には、レンズとイメージセンサで構成されたカメラを用いる。この場合、撮影可能な対象物体のサイズや筐体のサイズは、カメラの画角や被写界深度によって決定される。図6は撮影可能な対象物体のサイズと撮影装置の画角の関係を示した図である。つまり、視野の画角θのカメラ121〜123を3次元計測が可能である領域から距離dだけ離して設置すると、3次元形状を計測可能な領域の大きさ(幅)はO3となる。ただし、Oは次式により表される。
O=2dtan(θ/2)
(第3の実施形態)
図7は、第3の実施形態の構成図である。第1の実施形態における撮影装置を、図7に示すようにピンホールアレイ131とイメージセンサ132によって構成してもよい。各ピンホール131にはピンホール面の法線方向からの光線のみが入り、この像がイメージセンサ132に結像する。この場合、スタジオ装置10の壁面と対象物体の距離が近くても対象物体の前後左右上方の撮影を行うことができる。また、ピンホール効果によって被写界深度が深くなるので、どこにでも焦点のあった像を得ることができる。この様子を図8に示す。ここで、ピンホール131の直径sとピンホールアレイ面の厚さdには以下の関係式が成り立つ。
θ=2tan-1(s/d)
ここで、隣り合うピンホール131で撮影される像が重ならないようにするために、ピンホールアレイ131の背面からイメージセンサ面までの距離をLとすると、図8に示すように、隣り合うピンホール同士の距離xは、以下の関係式が成り立つように設定するとよい。
x≧(2L+d)tan(θ/2)
このようにすることで、像が重ならないため、滲みのような不具合を回避することが可能となる。
(Second Embodiment)
Next, the second embodiment will be described. Since the basic configuration is the same as that of the first embodiment, the description regarding the configuration is omitted here.
For the imaging devices 121 to 125 in the present embodiment, a camera constituted by a lens and an image sensor is used. In this case, the size of the target object that can be photographed and the size of the housing are determined by the angle of view of the camera and the depth of field. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the size of a target object that can be photographed and the angle of view of the photographing apparatus. That is, when the cameras 121 to 123 having the field angle of view θ are set apart from the region where the three-dimensional measurement is possible by the distance d, the size (width) of the region where the three-dimensional shape can be measured is O 3 . However, O is represented by the following formula.
O = 2dtan (θ / 2)
(Third embodiment)
FIG. 7 is a configuration diagram of the third embodiment. The photographing apparatus according to the first embodiment may be configured by a pinhole array 131 and an image sensor 132 as shown in FIG. Only light rays from the normal direction of the pinhole surface enter each pinhole 131, and this image is formed on the image sensor 132. In this case, even when the distance between the wall surface of the studio apparatus 10 and the target object is short, the front, back, left, and right top of the target object can be captured. Further, since the depth of field is deepened by the pinhole effect, it is possible to obtain a focused image anywhere. This is shown in FIG. Here, the following relational expression is established between the diameter s of the pinhole 131 and the thickness d of the pinhole array surface.
θ = 2tan -1 (s / d)
Here, if the distance from the back surface of the pinhole array 131 to the image sensor surface is L in order to prevent the images taken by the adjacent pinholes 131 from overlapping, as shown in FIG. The distance x between the holes may be set so that the following relational expression is satisfied.
x ≧ (2L + d) tan (θ / 2)
By doing so, since the images do not overlap, it is possible to avoid problems such as bleeding.

(第4の実施形態)
続いて、第4の実施形態について説明する。尚、基本的な構成は第1の実施形態と同じであるので、ここでは構成に関する説明を省略する。
本実施形態は計測プロセスの開始の制御に関する。すなわち、計測プロセスの開始は、計測を開始する際にユーザがボタン等の入力操作を行うように設計してもよいが、本実施形態は、この計測プロセスの開始制御を自動化するものである。まず、スタジオ装置10に内部の明るさを検知する明るさセンサや設置の際に生じる衝撃を検知する加速度センサ等の各種センサを設ける。そして、演算制御装置20において、スタジオ装置10に装備した各種センサによりスタジオ装置10が対象物体の載置面に設置したことをセンシングし、自動的に計測プロセスを開始する。この形態は、対象物体にスタジオ装置10を被せるだけというユーザにとってわかりやすい動作によって3次元形状計測を開始することを可能にする。
(Fourth embodiment)
Subsequently, a fourth embodiment will be described. Since the basic configuration is the same as that of the first embodiment, the description regarding the configuration is omitted here.
This embodiment relates to control of the start of the measurement process. That is, the start of the measurement process may be designed so that the user performs an input operation such as a button when starting the measurement, but this embodiment automates the start control of the measurement process. First, the studio apparatus 10 is provided with various sensors such as a brightness sensor that detects internal brightness and an acceleration sensor that detects impact generated during installation. Then, the arithmetic and control unit 20 senses that the studio apparatus 10 is installed on the placement surface of the target object by various sensors equipped in the studio apparatus 10 and automatically starts the measurement process. This form makes it possible to start the three-dimensional shape measurement by an operation that is easy for the user to simply put the studio apparatus 10 on the target object.

(第5の実施形態)
さらに、第5の実施形態について説明する。尚、基本的な構成は第1の実施形態と同じであるので、ここでは構成に関する説明を省略する。
本実施形態は、照明装置111〜118として、複数種類の異なる波長を発光する照明群を用いる。この照明群の各波長帯域にピーク感度を持つ撮影装置121〜125を用いることによって、同時に異なる波長で計測を行うことができるようになり、これによって、より短時間に3次元形状を計測することができる。あるいはマルチバンドのイメージセンサで撮影した後に、画像処理によって波長帯域ごとに分割して複数の照明条件の画像群を得てもよい。
(Fifth embodiment)
Further, a fifth embodiment will be described. Since the basic configuration is the same as that of the first embodiment, the description regarding the configuration is omitted here.
In the present embodiment, a lighting group that emits a plurality of different wavelengths is used as the lighting devices 111 to 118. By using the imaging devices 121 to 125 having peak sensitivity in each wavelength band of this illumination group, it becomes possible to perform measurement at different wavelengths at the same time, thereby measuring a three-dimensional shape in a shorter time. Can do. Or after image | photographing with a multiband image sensor, you may divide | segment for every wavelength band by image processing, and may obtain the image group of several illumination conditions.

具体的には、例えば、RGBの光源によって、異なる方向から同時に対象物体を照らし、カラーイメージセンサで撮影した後に、画像処理によってRGB画像に分割して、異なる方向からの照明条件の画像に分割することが可能である。この場合、異なる3方向の光源を点滅させて撮影し、3枚の画像を得るのと同じ効果がある。また、異なる波長帯域の撮影装置を複数用いて複数の照明条件の画像群を得てもよい。具体的には、例えば、紫外線、可視光線、赤外線の光源によって、異なる方向から同時に対象物体を照らし、これを紫外カメラ、カラーカメラ、赤外カメラで撮影することによっても、同じ効果が得られる。   Specifically, for example, a target object is illuminated simultaneously from different directions with RGB light sources, photographed with a color image sensor, then divided into RGB images by image processing, and divided into images with illumination conditions from different directions. It is possible. In this case, the same effect is obtained as when three different directions of the light source are blinked and photographed to obtain three images. Moreover, you may obtain the image group of several illumination conditions using two or more imaging devices of a different wavelength band. Specifically, for example, the same effect can be obtained by simultaneously illuminating a target object from different directions with ultraviolet light, visible light, and infrared light sources, and photographing the object with an ultraviolet camera, a color camera, and an infrared camera.

尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成を削除してもよい。さらに、異なる実施形態例に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some configurations may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different example embodiments may be combined as appropriate.

10…スタジオ装置、101〜105…パネル、111〜118…照明装置、121〜125…撮影装置、131…ピンホールアレイ、132…イメージセンサ、20…演算制御装置、201…バス、202…CPU、203…プログラムメモリ、204…記憶装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Studio apparatus, 101-105 ... Panel, 111-118 ... Illumination apparatus, 121-125 ... Imaging | photography apparatus, 131 ... Pinhole array, 132 ... Image sensor, 20 ... Arithmetic control apparatus, 201 ... Bus, 202 ... CPU, 203 ... Program memory, 204 ... Storage device.

Claims (5)

パネルが側面及び上面に配置され接合されて底面が開放された形状の筐体と、前記パネルの各内面に配置され前記筐体内部を撮影する撮影手段と、前記筐体内部を複数方向から選択的に照射する照明手段とを備え、前記底面側から対象物体に被せて使用するスタジオ装置と、
前記照明手段に前記筐体内部を複数方向から選択的に照射させ、前記照射の切り替えに応じて前記パネルの各面に配置される複数の撮影手段の撮影画像を取得し、これらの撮影画像から前記対象物体の形状を示す3次元情報を演算し、この3次元情報に基づいて全周3次元モデルを作成する演算制御手段
具備し、
前記演算制御手段は、
前記複数の撮影手段により異なる方向から見た前記対象物体を異なる複数の照明条件の下で撮影することで、当該対象物体を複数の方向から見た3次元形状情報を取得する手段と、
全照明点灯条件で前記複数の撮影手段によりそれぞれ撮影することで、前記対象物体を複数の方向から見たテクスチャ情報を取得する手段と、
前記取得された対象物体の3次元形状情報をもとに当該対象物体を複数の方向から見た3次元形状を復元する手段と、
当該復元された3次元形状の座標に前記取得されたテクスチャ情報をマッピングしてこれを統合することにより全周3次元座標を演算して、前記対象物体の全周3次元モデルを作成する手段と
を備えることを特徴とする3次元形状計測装置。
A case having a shape in which a panel is arranged on the side surface and the upper surface and bonded and the bottom surface is opened, a photographing unit arranged on each inner surface of the panel for photographing the inside of the case, and selecting the inside of the case from a plurality of directions And a lighting device for irradiating, a studio apparatus used by covering the target object from the bottom surface side,
The illumination means selectively irradiates the inside of the housing from a plurality of directions, acquires captured images of a plurality of imaging means arranged on each surface of the panel according to the irradiation switching, and from these captured images Calculation control means for calculating three-dimensional information indicating the shape of the target object, and creating an all-round three-dimensional model based on the three-dimensional information ;
Equipped with,
The arithmetic control means includes
Means for capturing three-dimensional shape information of the target object viewed from a plurality of directions by capturing the target object viewed from different directions by the plurality of imaging means under a plurality of different illumination conditions;
Means for acquiring texture information obtained by viewing the target object from a plurality of directions by photographing each of the plurality of photographing means under all illumination lighting conditions;
Means for restoring a three-dimensional shape of the target object viewed from a plurality of directions based on the acquired three-dimensional shape information of the target object;
Means for mapping the acquired texture information to the restored coordinates of the three-dimensional shape and calculating the total three-dimensional coordinates by integrating the texture information to create a full three-dimensional model of the target object;
Three-dimensional shape measurement apparatus comprising: a.
前記撮影手段は、所定の倍率で拡大するレンズと、このレンズで拡大される画像を取得するイメージセンサとを備えることを特徴とする請求項1記載の3次元形状計測装置。   The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the photographing unit includes a lens that is magnified at a predetermined magnification and an image sensor that acquires an image magnified by the lens. 前記撮影手段は、前記パネルの内面側に設けられ、複数のピンホールを所定間隔で形成してなるピンホールアレイと、前記ピンホールアレイのピンホールを透過して受光面に投影される画像を取得するイメージセンサを備えることを特徴とする請求項1記載の3次元形状計測装置。   The photographing means is provided on the inner surface side of the panel, and includes a pinhole array in which a plurality of pinholes are formed at predetermined intervals, and an image that is transmitted through the pinholes of the pinhole array and projected onto the light receiving surface. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising an image sensor to be acquired. 前記スタジオ装置は、前記対象物体載置面に置かれたことを検出する検出手段を備え、前記演算制御手段は前記検出手段の検出に基づいて前記処理の実行を開始することを特徴とする請求項1記載の3次元形状計測装置。 The studio apparatus includes detection means for detecting that the target object is placed on a placement surface, and the arithmetic control means starts execution of the processing based on detection by the detection means. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1. 前記撮像手段は異なる波長に感度を持ち、前記照明手段は異なる波長で発光する照明群を備えることを特徴とする請求項1記載の3次元形状計測装置。   The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the imaging unit has sensitivity to different wavelengths, and the illumination unit includes an illumination group that emits light at different wavelengths.
JP2011234018A 2011-10-25 2011-10-25 3D shape measuring device Active JP5685516B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011234018A JP5685516B2 (en) 2011-10-25 2011-10-25 3D shape measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011234018A JP5685516B2 (en) 2011-10-25 2011-10-25 3D shape measuring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013092878A JP2013092878A (en) 2013-05-16
JP5685516B2 true JP5685516B2 (en) 2015-03-18

Family

ID=48615962

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011234018A Active JP5685516B2 (en) 2011-10-25 2011-10-25 3D shape measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5685516B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016020891A (en) * 2014-06-20 2016-02-04 株式会社リコー Shape measurement system and imaging device
KR102050590B1 (en) * 2015-12-24 2019-12-03 주식회사 씽크풀 Method for digital image judging and system tereof, application system, and authentication system thereof
JPWO2020050405A1 (en) * 2018-09-07 2021-09-02 Ntn株式会社 Working equipment
WO2021171982A1 (en) * 2020-02-28 2021-09-02 ソニーグループ株式会社 Image processing device, three-dimensional model generating method, learning method, and program

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH089318A (en) * 1994-06-22 1996-01-12 Sony Corp Document image picking-up and filing device
JP2001223934A (en) * 2000-02-09 2001-08-17 Nikon Corp Image input device
JP3643511B2 (en) * 2000-02-28 2005-04-27 日本電信電話株式会社 3D image processing method, 3D modeling method, and recording medium recording 3D image processing program
JP2002175543A (en) * 2000-12-05 2002-06-21 Sanyo Electric Co Ltd Three-dimensional modeling device
JP2003023616A (en) * 2001-07-10 2003-01-24 Sony Corp Amusement device, processing method for imaging result and processing program for the imaging result
JP2003109042A (en) * 2001-09-28 2003-04-11 Univ Tokyo Method for fast operating three-dimensional image
JP2005114642A (en) * 2003-10-10 2005-04-28 Mitsuru Kawaguchi System for forming three-dimensional object and method
JP2007033264A (en) * 2005-07-27 2007-02-08 Noritsu Koki Co Ltd Device and method for taking identity picture
JP2007255974A (en) * 2006-03-22 2007-10-04 Brother Ind Ltd Three-dimensional information measuring apparatus
KR100780701B1 (en) * 2006-03-28 2007-11-30 (주)오픈브이알 Apparatus automatically creating three dimension image and method therefore

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013092878A (en) 2013-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10225445B2 (en) Methods and apparatus for providing a camera lens or viewing point indicator
US9835564B2 (en) Multi-camera pipe inspection apparatus, systems and methods
JP5486113B2 (en) Projection method implemented by a panorama projection device
US20150098636A1 (en) Integrated tracking with fiducial-based modeling
US20140320631A1 (en) Multi-camera pipe inspection apparatus, systems and methods
JP5685516B2 (en) 3D shape measuring device
US20180322647A1 (en) Systems and Methods For Forming Models of Three-Dimensional Objects
JP2015513135A5 (en)
US20150097935A1 (en) Integrated tracking with world modeling
JP6556013B2 (en) PROCESSING DEVICE, PROCESSING SYSTEM, IMAGING DEVICE, PROCESSING METHOD, PROGRAM, AND RECORDING MEDIUM
JP5530322B2 (en) Display device and display method
JP2005195335A (en) Three-dimensional image photographing equipment and method
WO2017089826A1 (en) Systems and methods for forming three-dimensional models of objects
JP6027952B2 (en) Augmented reality image generation system, three-dimensional shape data generation device, augmented reality presentation device, augmented reality image generation method, and program
JP2014048565A (en) Image display device
CN104700392B (en) Virtual image positioning method and device
JP5785896B2 (en) 3D shape measuring device
JP5732424B2 (en) Three-dimensional shape measuring apparatus and calibration method thereof
JP5663464B2 (en) 3D shape measurement system
JP6200204B2 (en) Lighting information measuring device
JP6510767B2 (en) Lighting information measuring device
JP2018537884A (en) How to take a picture with a mobile device
JP5691631B2 (en) Image composition method
JP2016125917A (en) Three-dimensional shape measurement device, method and program
JP2013054318A (en) Image display device

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20130515

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140115

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20141027

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20141104

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20141217

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150113

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150119

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5685516

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150