JP6042872B2 - 立体視システム - Google Patents
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Description
−投影システムに対する要件がより少ない。他の概念では、点はレーザー投影及び撮像器の幾何学に基づいて計算される。これは非常に慎重に較正されなくてはならず、しばらくの間安定性を保たなくてはならない。立体視の場合、カメラが較正され、測定される体積上に認識可能な標識点(例えば構造化ノイズパターン)が作成されれば十分である。
−測定を迅速に行うことが望まれるので、立体視は、正確な3D測定を行うのに1つの画像記録(左カメラ画像及び右カメラ画像)で十分であるという利点を与える。さらに、カメラ画像のうちの1つ(左カメラ画像は基準画像として用いることもできるので、左カメラ画像であることが好ましい)を履歴データとして記憶することができる。
−カメラのコストは、意図される正確度にとって問題でない。例えばスマートフォン、ラップトップ、玩具及び更にはガジェットに用いられるような2つの安価なカメラで十分である。2つのそのようなカメラは、高価なレンズを有する1つの効果なカメラよりも更に多くの情報を与える。
−上記の記述は、プロジェクター(本発明のこの3D立体視実施形態において用いられる測定源)にも適用可能である。高価なレーザーではなく、単純で、モジュール式で小型の静的プロジェクターで十分である。ピコビーマーにおいて現在用いられているLCD、DLP又はCRT等のプロジェクター技術は本発明に同様に適している。測定は非常に短い距離で行われるので、必要とされる比較的大きな被写界深度において難点が生じる。特定の実行形態(本発明の実施形態)では、プロジェクターは、スライドプロジェクターの原理に基づき、高出力LED光源と、ゴボパターンディスク(パターンを用いてエッチングされた金属でカバーされたガラスディスク)と、コンデンサーとからなる小型プロジェクターである。
製品仕様/寸法
分解能
測定システムの発展は、変動する形状を有する物体の、体積及び面積を含む寸法の計算に広く用いることができるシステムに向けて進められている。この目的では、物体の細かい詳細を観察することができる必要がないため、分解能に関する要件は過度に詳細に指定する必要がない。本発明では、特にマウスにおける皮下腫瘍の測定において、腫瘍を可能な限り迅速に測定することが望まれる。ここでは体積及び形状の正確な測定値を有することが最も重要である。このため、点あたりの正確度も、0.5mm〜0.01mmの範囲をとり、特に約0.3mm〜0.1mmの範囲をとり、より詳細には、カメラは理想的には点あたり0.03mmの分解能を有し、0.3mmの奥行き分解能を達成することができる。
上記で既に示したように、本発明の測定システムは、1つ又は複数のセンサー(特に1つ又は2つのカメラ)とは別に、少なくとも1つの測定源(特にプロジェクター)と、測定される物体が取り囲まれることを確実にする交換可能な(取り外し可能な)測定チャンバーとを有するハンドヘルドデバイスを備えることを特徴とする。このため、この測定チャンバーの形状及び大きさに関する特定の制限も存在せず、皮下腫瘍の測定の特定の用途を鑑みて、これらの腫瘍の通常の形状及び寸法が測定チャンバーの内部寸法の寸法を決定するのに考慮に入れられる。第1の実行形態(実施形態)では、測定チャンバーは、最大で約150mmの基本的な長さ及び幅、並びに最大で約200mmの高さを有し、特に約50mmの長さ及び幅、並びに約100mmの高さを有し、より詳細には、約30mmの高さ及び幅、並びに約50mmの高さを有し、より具体的には、約22.5mmの高さ及び幅、並びに約50mmの高さを有し、最も小型の形態では、約15mmの高さ及び幅、並びに約50mmの高さを有する。測定される物体の寸法の変動を鑑みて、測定チャンバーは交換可能又は取り外し可能であり、測定される物体の寸法に従って、別の測定チャンバーをハンドヘルドデバイスに搭載することができる。この実施形態では、測定チャンバーは、一方の側で、測定される物体の上に適合し、他方の側でハンドヘルドデバイスの側面ヘッドに適合する垂直面からなり、この他方の側では1つ又は2つのカメラ及びプロジェクターと適合する。特殊な実施形態では、測定チャンバーの内壁は、例えば測定チャンバーの1つ又は複数の内面上の水平にリブ形成された(ribbed)パネルにより、光反射がないようにレイアウトされる。本発明の更なる実施形態では、交換可能な(取り外し可能な)測定チャンバーの垂直面のうちの少なくとも1つが、測定される物体の上に位置決めされたときにチャンバー内を見ることを可能にする。この垂直面は、測定される物体の上に測定チャンバーをより良好に位置決めすることを可能にする。デバイスのオペレーターがチャンバー内を見ることを可能にする任意の考え得る適応形態が本発明の受入範囲内にある。例示的な実施形態では、交換可能な(取り外し可能な)測定チャンバーの垂直面のうちの少なくとも1つが透明であるか開放されている。
取得速度は、記録システムの選択の決定パラメーターである。結局のところ、研究者の手の中でマウスが動かないようにされている場合であっても、腫瘍を可能な限り迅速に測定することが望まれる。これは依然として、生きている覚醒した動物に関し、測定中に完全に動かないようにすることは可能でない。この全てにより、取得速度が画像記録の品質の決定因子となっており、良好な画像記録がなければ信頼性のある解析を後に行うことも不可能である。2つのカメラを用いた3D立体視に基づく設定は、例えば既存の産業用ラインスキャナーに対していくつかの重要な利点を提供する。意図される設定を用いると、1つ又はいくつかの画像記録で十分であり、分解能に応じて、画像記録は数ミリ秒内に発生することができる。ラインスキャナーを用いる場合、複数の記録を行わなければならない。高速スキャナー(80fps)を用いたとしても、これには1秒よりも長くかかる。この時間の間、物体は動くべきでないが、これは保証できない。
3D立体視に基づく3D測定デバイスの構造は、従来の仕様に基づいて編纂される(compiled)(図3を参照)。物体を測定する測定チャンバーを含むハンドヘルドデバイスの回りに全てが構築され、特に、腫瘍(I)の回りに位置決めすることができる。このデバイスとともに、30×30×50mm、22.5×22.5×50mm及び15×15×50mm(L×B×H)の寸法を有する容易に交換可能な3つの異なる測定チャンバーを用いる。測定チャンバーの上に、ハンドヘルドデバイスの測定ヘッドの一部として、立体視用の二重カメラ機構(すなわちセンサー)(II)、好ましくはスマートフォン、ラップトップ、玩具及び更にはガジェットに用いることができる小型の安価なカメラが見られる。50mmの距離及び十分な被写界深度で鮮明な画像を得るようにカスタムレンズを用いることもできる。カメラに隣接して、ハンドヘルドデバイスの測定ヘッドの一部として、標的となる物体上に認識可能な測定点(例えば構造化ノイズパターン)を投影するカスタム投影システム(すなわち測定源)(III)も見られる。これは、立体マッチングアルゴリズムの正確度を改善し、測定チャンバーを標的上に物理的に位置決めするのに役立つ。投影パターンは、ハミングコードに基づくノイズパターンであり、マウスの皮膚の反射及び吸収スペクトルに起因して最適な品質を得るように緑色であることが好ましい。これに加えて、ハンドヘルドデバイスは、データを取得し、オプションで事前にデータを処理するプロセッサも有する。プロセッサは、ユーザーインターフェースも操作する。このユーザーインターフェースは、1つ又は複数の入力デバイス(特に、ハンドヘルドデバイスのハンドルに含まれるプッシュボタン)と、ユーザーに、電力ステータス、基地局との接続/通信ステータス、データ取得ステータス、メモリステータス等のハンドヘルド(測定)デバイスのステータスを通知する1つ又は複数の出力デバイス(特に1つ又は複数の光信号、画像信号及び/又はノイズ信号)とを備える。
−測定チャンバーと、少なくとも1つのカメラと、1つのプロジェクターとを有するハンドヘルドデバイスであって、プロジェクターは測定される物体上に認識可能な標識を投影し、カメラは測定される物体の1つ又は複数の画像を捕捉し、これを第1の処理後に基地局に送信する、ハンドヘルドデバイスと、
−タッチスクリーン、キーボード及び/又はポインターデバイス等のユーザーインターフェースと、ハンドヘルドデバイスからの画像を更に処理して測定物体の体積内に組み込むのに必要なソフトウェアと、スクリーン等の出力デバイスと、オプションで基地局に対するハンドヘルドデバイスのドッキングステーション及び装填ステーションとを有する基地局と、
を備える。
−本明細書において説明したような、測定チャンバーと、少なくとも1つのカメラと、プロジェクターと、プロセッサモジュールと、ユーザーインターフェースと、電源と、データ通信インターフェースとを有するハンドヘルドデバイスであって、プロセッサモジュールは、ユーザーインターフェース、画像記録、投影、電源、通信インターフェースのアプリケーションコードに加えて、画像処理のアプリケーションコードも有する、ハンドヘルドデバイス、
を備える。
Claims (21)
- 様々な形状の物体の3D測定を行う測定システムであって、少なくとも1つのセンサーと、少なくとも1つの測定源と、交換可能な測定チャンバーとを有するハンドヘルドデバイスを備え、前記交換可能な測定チャンバーは前記ハンドヘルドデバイスに接続され、前記測定チャンバーは、一方の側で前記測定される物体上に適合し、他方の側で前記ハンドヘルドデバイスの測定ヘッドに適合する垂直面からなり、前記測定チャンバーは、前記測定ヘッドと相互作用して、前記ハンドヘルドデバイスが該測定チャンバーの寸法を認識し、前記測定パラメーターを設定するのを可能にする、寸法に応じた認識点を有する、様々な形状の物体の3D測定を行う測定システム。
- 前記センサーはカメラ又は超音波振動子である、請求項1に記載の測定システム。
- 前記測定源は、プロジェクター、非イオン化レーザー、マイクロ波源又はRF波源からなる群から選択される、請求項1に記載の測定システム。
- 前記ハンドヘルドデバイスは2つのカメラ及び1つのプロジェクターを有し、前記3D測定は立体視に基づく、請求項1に記載の測定システム。
- 前記ハンドヘルドデバイスは以下の構成要素、プロセッサモジュール、ユーザーインターフェース、電源及びデータ通信インターフェースのうちの1つ若しくは複数、又は全てを有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の測定システム。
- 前記交換可能な測定チャンバーの内部寸法によって、変動する非幾何学的体積を有する物体を覆うことが可能になる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の測定システム。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の測定システムであって、該測定システムによって、前記交換可能な測定チャンバーの内部寸法は、長さ及び幅が約150mmで約200mmの高さとなり、又は約50mmの長さ及び幅並びに約100mmの高さとなり、又はさらに、約30mmの長さ及び幅並びに約50mmの高さとなる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の測定システム。
- 前記交換可能な測定チャンバーは、前記ハンドヘルドデバイスの測定ヘッドと連結するようにグリップを有する、請求項1に記載の測定システム。
- 前記交換可能な測定チャンバーの前記グリップは、ねじ式連結部、差し込みロック、クリック固定、磁気結合からなる群から選択される、請求項8に記載の測定システム。
- 前記交換可能な測定チャンバーは該チャンバーの基部において最大で約150mmの直径、及び最大で約200mmの高さを有する、請求項8に記載の測定システム。
- 前記交換可能な測定チャンバーの内壁は、前記測定チャンバーの1つ又は複数の内面上に水平にリブ形成されたパネルにより、光反射がないようにレイアウトされる、請求項1〜10のいずれか1項に記載の測定システム。
- 前記交換可能な測定チャンバーの垂直面のうちの少なくとも1つが、前記測定される物体の上に位置決めされたときに前記チャンバー内を見ることを可能にする、請求項1〜11のいずれか1項に記載の測定システム。
- 前記交換可能な測定チャンバーの前記垂直面のうちの少なくとも1つは透明であるか又は開放されている、請求項12に記載の測定システム。
- 測定分解能は約0.5mm〜0.01mmである、請求項1〜13のいずれか1項に記載の測定システム。
- プロセッサモジュールは、ユーザーインターフェース、画像記録、投影、電源及び通信インターフェースのアプリケーションコードを含む、請求項1〜14のいずれか1項に記載の測定システム。
- 通信インターフェースは、プロセッサモジュールによって生成されたデータの更なる画像処理向けのソフトウェアを有するコンピューター若しくはパネルPCをもつ基地局に接続される、請求項1〜14のいずれか1項に記載の測定システム。
- 前記基地局における前記ソフトウェアは、以下の動作である、3D点の計算、曲面あてはめ、3Dフィルタリング、本体形状(複数の場合もある)の認識及び除去、測定値の記憶及び管理向けのデータベース、インストール及び更新サポート、並びにユーザーインターフェースの生成のうちの1つ又は複数又は全てを実行することができる、請求項16に記載の測定システム。
- 電源は、1つ又は複数の交換可能で装填可能な電池からなる、請求項1〜17のいずれか1項に記載の測定システム。
- 1つ又は複数の交換可能で装填可能な電池からなる電源が、統合されているか又は分離した電池装填ステーションを有する、請求項18に記載の測定システム。
- 様々な形状の物体を3D測定する請求項1に記載の測定システムであって、
交換可能な測定チャンバーと、少なくとも1つのカメラと、1つのプロジェクターとを有するハンドヘルドデバイスであって、前記プロジェクターは測定される前記物体上に認識可能な標識を投影し、前記カメラは測定される前記物体の1つ又は複数の画像を捕捉し、これを第1の処理後に基地局に送信する、ハンドヘルドデバイスと、
基地局であって、ユーザーインターフェースと、前記測定物体の体積に対し前記ハンドヘルドデバイスからの前記画像を更に処理するのに必要なソフトウェアと、出力デバイスと、を有する基地局と、
又は、
様々な形状の物体を3D測定する請求項1に記載の測定システムであって、
交換可能な測定チャンバーと、少なくとも1つのカメラと、1つのプロジェクターとを有するハンドヘルドデバイスであって、前記プロジェクターは測定される前記物体上に認識可能な標識を投影し、前記カメラは測定される前記物体の1つ又は複数の画像を捕捉し、これを第1の処理後に基地局に送信する、ハンドヘルドデバイスと、
基地局であって、ユーザーインターフェースと、前記測定物体の体積に対し前記ハンドヘルドデバイスからの前記画像を更に処理するのに必要なソフトウェアと、出力デバイスと、該基地局に対するハンドヘルドデバイスのドッキングステーション及び装填ステーションとを有する基地局と、
を備える、様々な形状の物体を3D測定する測定システム。 - 試験動物における皮下がん腫瘍の測定のために請求項1による測定システムの使用。
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