JP5743433B2 - 三次元形状計測装置 - Google Patents
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この場合において、視差を求めるためには、計測する対象物の画像の面において、左右の画像の間で計測対象点を定めて、左右の画像の中のその計測対象点に対して、計測する必要がある。
即ち、図17に示すように、規則性の無いランダムな投光パターンを、計測対象物110に投影して、その画像を撮影装置130である2個のステレオカメラで撮影して、一対の計測対象物110の撮像画像から距離データを算出するものである(例えば、特許文献1参照。)。
この投光パターンは、図18に拡大図で示すように、輝度の異なるブロックを多数ランダムに組み合わせたものである。
しかしながら、この場合は、投光パターンを用いずに、計測対象物のエッジやテクスチャなどの特徴点を有する物の計測のみであり、均一な面や滑らかな面の計測については開示されていない。そして、特徴点の間を直線で近似した計測結果となり、曲面を計測する場合には、適切ではない。
計測対象物からの色相が連続的に変化するパターン光の反射光を撮像する一対のカラー撮像手段と、
一対のカラー撮像手段から得られた一対の撮像画像の色相が連続的に変化するパターン光の画素毎の色相データの値を順番に比較し、色相が連続的に変化するパターン光の色相データの並びを、動的計画法を用いたマッチングによるステレオ対応付けを行い、三角測量法を用いて三次元形状の情報を算出する演算手段を有することを特徴とする三次元形状計測装置である。
即ち、ある範囲における画素毎の色相が連続的に変化するパターン光の画素毎の色相データの値を順番に比較し、その並びが同一であれば、特定の画素に対して、ステレオ対応付けを行うことができる。画素に対して、順番を考慮したマッチングを行い、1画素毎に対応させることができ、最適なステレオ対応付けを行うことができる。
このとき、撮像画像の輝度データではなく、色相データを用いてステレオ対応付けを行うため、反射率の違いを抑えたステレオ対応付けを行うことができる。
このため、1回の計測で計測対象物の全体の形状を素早く計測することができる。
計測対象物からの反射光を撮像する一対のカラー撮像手段を有するため、1回の計測で対応する2種の計測情報を得ることができ、補正のために複数回計測する必要がなく、計測を素早くすることができる。カラー撮影するため、色相は同じであり、正しいステレオ対応付けをすることが可能である。
本発明の三次元計測装置は、図1に示すように、計測対象物40に対して色相が連続的に変化するパターン光を照射する照射手段である照射装置20と、計測対象物40からの反射光を撮影する撮像手段である一対のカラー撮像装置30と、照射装置20を制御するとともにカラー撮像装置30からのデータを演算する演算手段を有する制御装置50を有する。
その補正は、図7に示すように、予め平面状の計測対象物40に、照射装置20から色相が連続的に変化するパターン光を投影し、一対のカラー撮像装置30である左カラー撮像装置31と右カラー撮像装置32で、計測対象物40からの反射光を撮像する。
この2つの色相データを、横方向の色相の変化として直角座標に表示したものが図9である。上辺に記載した色相データは、左カラー撮像装置31で撮影したものであり、左辺に記載した色相データは、右カラー撮像装置32で撮影したものである。
図1に示すように、照射装置20から照射されたパターン光は、計測対象物40に投影されて、左カラー撮像装置31と右カラー撮像装置32で画像が撮影される。図3(a)は、左カラー撮像装置31で撮影された画像であり、図3(b)は、右カラー撮像装置32で撮影された画像である。画像は色相が連続的に変化している。
すなわち、図5に示すように、計測対象物40が照射装置20に対して傾いて置かれている場合には、左カラー撮像装置31と右カラー撮像装置32が得られる輝度データは左右に対して反射率が異なり、図6(a)、(b)に示すように輝度レベルが異なってしまう。しかしながら、色相データでは反射率が変化しても図6(c)、(d)に示すように左右の色相データを使用するため、正しいステレオ対応付けをすることができる。輝度データを用いる場合に輝度に差が出て、正しいステレオ対応付けをすることができない。
図10(a)、(b)は、ブロック状の計測対象物40を斜めに置いて、それぞれ左カラー撮像装置31と右カラー撮像装置32が撮影した画像である。画像中の横方向のラインは探索ラインである。この探索ラインにおける数値化された色相データのグラフは、図11の上辺と左辺に示している。上辺が左カラー撮像装置31の色相データであり、左辺が右カラー撮像装置32の色相データである。
全ての探索ラインについて動的計画法を用いたマッチングによるステレオ対応付けを行い、計測対象物40である長方形のブロック画像の全体の三次元計測データを得ることができる。図13に計測結果を画像に表現したもので、計測対象物40のブロックの形状が表現されている。
この断面形状の計測を計測対象物40の全体についておこない、図15に計測結果に基づき計測対象物40の三次元形状を表したものである。1回の計測で形態の形状を計測することができる。
20 照射装置
30 撮像装置
40 計測対象物
50 制御装置
Claims (6)
- 計測対象物に対して、色相が連続的に変化するパターン光を投影する照射手段と、
上記計測対象物からの色相が連続的に変化するパターン光の反射光を撮像する一対のカラー撮像手段と、
該一対のカラー撮像手段から得られた一対の撮像画像の色相が連続的に変化するパターン光の画素毎の色相データの値を順番に比較し、色相が連続的に変化するパターン光の色相データの並びを動的計画法を用いたマッチングによるステレオ対応付けを行い、三角測量法を用いて三次元形状の情報を算出する演算手段を有することを特徴とする三次元形状計測装置。 - 上記色相データの演算手段は、上記撮像手段により撮像された一対の色相データの任意の点において、ステレオ対応付けを行い、上記計測対象物の全体の三次元形状の情報を算出する演算手段を有する請求項1に記載の三次元形状計測装置。
- 予め、平面状の計測対象物に、上記照射手段で色相が連続的に変化するパターンを投影し、上記一対のカラー撮像手段で上記計測対象物からの反射光を撮像して、上記色相データに基づき、上記一対のカラー撮像手段の感度特性を補正する請求項1又は請求項2に記載の三次元形状計測装置。
- 上記一対のカラー撮像手段は、上記照射手段を挟んで取付けられた請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の三次元形状計測装置。
- 上記照射手段は、ストロボ発光機である請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の三次元形状計測装置。
- 上記照射手段は、連続点灯ランプ発光機である請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の三次元形状計測装置。
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