JP6247724B2 - Measuring device - Google Patents
Measuring device Download PDFInfo
- Publication number
- JP6247724B2 JP6247724B2 JP2016152283A JP2016152283A JP6247724B2 JP 6247724 B2 JP6247724 B2 JP 6247724B2 JP 2016152283 A JP2016152283 A JP 2016152283A JP 2016152283 A JP2016152283 A JP 2016152283A JP 6247724 B2 JP6247724 B2 JP 6247724B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- projection
- imaging
- measurement
- unit
- range
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
本発明は、計測装置、計測装置の制御方法、およびプログラムに関する。 The present invention relates to a measurement device, a control method for the measurement device, and a program.
三次元形状計測装置で用いられる三次元形状計測法として、いくつかの手法が提案されている。投影装置を用いずに撮影装置だけで形状計測を行うパッシプ方式と、投影装置と撮影装置とを組み合わせて用いるアクティブ方式と、が知られている。アクティブ方式では、投影された対象物を撮影した画像から対象物の三次元形状を計測する。対象物は三次元形状を有していることから、三次元形状計測装置には、奥行方向に関しても形状計測に必要な精度を満たすことが求められる。 Several methods have been proposed as a three-dimensional shape measurement method used in a three-dimensional shape measurement apparatus. There are known a passive method in which shape measurement is performed only by an imaging device without using a projection device, and an active method in which a projection device and an imaging device are used in combination. In the active method, the three-dimensional shape of an object is measured from an image obtained by photographing the projected object. Since the object has a three-dimensional shape, the three-dimensional shape measurement apparatus is required to satisfy the accuracy necessary for shape measurement in the depth direction.
このような、アクティブ方式の三次元形状計測装置の例として、特許文献1および特許文献2が開示されている。特許文献1では、スリット状の投影を対象物に照射して、積算照射強度分布が三角波状になるように光源を制御し、位相シフト法の原理を用いて三次元形状計測を行う技術が開示されている。特許文献2では、デジタル階調値の投影パターンをデフォーカスさせることで、正弦波パターンにし、特許文献1と同様に位相シフト法の原理を用いて三次元形状計測を行う技術が開示されている。 Patent Documents 1 and 2 are disclosed as examples of such an active three-dimensional shape measuring apparatus. Patent Document 1 discloses a technique for irradiating an object with a slit-like projection, controlling the light source so that the integrated irradiation intensity distribution has a triangular wave shape, and performing three-dimensional shape measurement using the principle of the phase shift method. Has been. Patent Document 2 discloses a technique for making a sine wave pattern by defocusing a projection pattern of digital gradation values and performing three-dimensional shape measurement using the principle of the phase shift method as in Patent Document 1. .
しかしながら、特許文献1に記載の三次元形状計測装置では、計測基準面の上にある対象物の奥行方向の全域において、必要な精度を満たすことが難しい。また、特許文献2に記載の三次元形状計測装置でも、同様に、対象物の奥行方向の全域において必要な精度を満たすことが難しい。なぜならば、対象物を撮影した画像は、撮影光学系のフォーカス面からのデフォーカスに伴いコントラストが悪化し、コントラストが悪化した画像から算出された三次元形状の精度は悪化するからである。 However, in the three-dimensional shape measuring apparatus described in Patent Document 1, it is difficult to satisfy the required accuracy in the entire depth direction of the object on the measurement reference plane. Similarly, in the three-dimensional shape measuring apparatus described in Patent Document 2, it is difficult to satisfy the required accuracy in the entire area in the depth direction of the object. This is because an image obtained by photographing an object is deteriorated in contrast with defocusing from the focus surface of the photographing optical system, and the accuracy of the three-dimensional shape calculated from the image having deteriorated contrast is deteriorated.
具体的には、特許文献1のように、計測基準面が撮影光学系のフォーカス面である場合、計測基準面に置かれた対象物は、計測基準面から離れるほど撮影画像のコントラストが低下し、計測精度が悪化する。そのため、計測基準面での対象物の計測精度に対して、撮影装置に最も近い面での計測精度の悪化が大きく、奥行方向の全域において必要な精度を満たすことが難しいという課題がある。 Specifically, when the measurement reference plane is the focus plane of the photographing optical system as in Patent Document 1, the contrast of the photographed image decreases as the object placed on the measurement reference plane moves away from the measurement reference plane. Measurement accuracy deteriorates. For this reason, there is a problem that the measurement accuracy on the surface closest to the photographing apparatus is greatly deteriorated with respect to the measurement accuracy of the object on the measurement reference surface, and it is difficult to satisfy the required accuracy in the entire region in the depth direction.
また特許文献2のように、投影パターンのフォーカス面が、対象物が存在する領域の外にある場合、投影パターンのコントラストは、投影パターンのフォーカス面に近い対象物の面から遠い面に向かって低下する。それに伴い撮影画像のコントラストが低下するため、計測精度が悪化し、特許文献1と同様に奥行方向の全域において必要な精度を満たすことが難しいという課題がある。 Further, as in Patent Document 2, when the focus surface of the projection pattern is outside the region where the object exists, the contrast of the projection pattern is directed toward a surface far from the surface of the object close to the focus surface of the projection pattern. descend. As a result, the contrast of the captured image is lowered, so that the measurement accuracy is deteriorated, and there is a problem that it is difficult to satisfy the necessary accuracy in the entire area in the depth direction as in Patent Document 1.
上記の課題に鑑み、本発明は、奥行方向に対する計測精度の低下を抑制し、計測空間全域において良好な計測精度を得ることを目的とする。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to suppress a decrease in measurement accuracy in the depth direction and obtain good measurement accuracy in the entire measurement space.
上記の目的を達成する本発明に係る計測装置は、
物体に明部と暗部とを含むパターンを投影する投影手段と、
前記投影手段によりパターンが投影されている間に前記物体を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された画像から前記パターンの明部と暗部の境界を示すエッジ位置を検出する検出手段と、
前記検出されたエッジ位置に基づいて、前記物体の三次元形状を計測する計測手段とを備え、
前記撮像手段の焦点位置は、前記撮像手段からみて、前記投影手段の投影範囲の中心位置を通る軸と前記撮像手段の撮像範囲の中心位置を通る軸とに基づいて決定される位置を含む計測基準面よりも奥に設定されており、
前記投影手段の焦点位置は、前記計測基準面に設定されており、
前記画像における前記明部と前記暗部の間のコントラスト値は、前記計測基準面よりも奥の領域において最大値をもつことを特徴とする。
The measuring device according to the present invention that achieves the above object is as follows.
Projection means for projecting a pattern including a bright part and a dark part onto an object;
Imaging means for imaging the object while a pattern is projected by the projection means;
Detecting means for detecting an edge position indicating a boundary between a bright part and a dark part of the pattern from an image picked up by the image pickup means;
Measuring means for measuring the three-dimensional shape of the object based on the detected edge position;
The focal position of the imaging means is a measurement including a position determined based on an axis passing through the center position of the projection range of the projection means and an axis passing through the center position of the imaging range of the imaging means when viewed from the imaging means. It is set behind the reference plane,
The focal position of the projection means is set on the measurement reference plane ,
The contrast value between the bright part and the dark part in the image has a maximum value in a region deeper than the measurement reference plane .
本発明によれば、奥行方向に対する計測精度の低下を抑制し、計測空間全域において良好な計測精度を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in measurement accuracy in the depth direction and to obtain good measurement accuracy in the entire measurement space.
(第1実施形態)
図1を参照して、第1実施形態に係る三次元形状計測装置の構成を説明する。三次元形状計測装置は、投影部101と、撮影部102と、制御部103とを備える。
(First embodiment)
With reference to FIG. 1, the structure of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the first embodiment will be described. The three-dimensional shape measurement apparatus includes a
投影部101は、パターン光を対象物104へ投影する投影動作を実行するプロジェクタである。投影部101は、投影範囲105で示される空間へ投影可能である。投影部101は、会議室等で上方投影用に使用されるプロジェクタと同様に、投影軸と投影画像中心とが一致していないものとする。ここで、投影軸とは投影中心に向かう光軸である。
The
撮影部102は、パターン光が投影された対象物104を撮影するカメラである。撮影部102は、撮影範囲106で示される空間を撮影可能である。制御部103は、例えばパーソナル・コンピュータであり、投影部101および撮影部102の動作を制御する。制御部103は、対象物104の三次元形状を計測する処理も実行する。
The
次に、図2を参照して、第1実施形態に係る計測基準面及び計測空間を説明する。光軸107は、投影部101から投影画像中心へ向かう光軸であり、投影軸と一致していない。光軸108は、撮影部102の光軸(撮影中心へ向かう撮影軸)である。計測基準面109は、光軸107と光軸108とが交差する点を含む面である。計測空間110は、投影範囲105と撮影範囲106との両方に含まれ、当該投影範囲105と撮影範囲106とにより規定される空間である。本実施形態では、計測基準面109は、計測空間中に含まれ、撮影部102から観察した場合に計測空間110の奥行方向距離を二等分するように配置されている。計測面116は、計測空間110の中で、投影部101および撮影部102から最も近い計測面である。計測面117は、計測空間110の中で、投影部101および撮影部102から最も遠い計測面である。本実施形態では、計測基準面109は、計測空間110の内部に設定されているが、必ずしも当該内部に限定されず外部であってもよい。
Next, the measurement reference plane and the measurement space according to the first embodiment will be described with reference to FIG. The
本実施形態に係る三次元形状計測装置は、空間符号化法による形状計測を行う。まず投影部101が、図3に示されるような明暗パターン111を対象物104へ投影する。そして、撮影部102は、明暗パターン111が投影された対象物104を撮影する。制御部103は、撮影部102により撮影された画像を処理して、対象物104の三次元形状を計測する。より具体的には、明暗パターン111の明暗のエッジ位置を検出し、エッジ位置に対応する投影部101の投影軸と撮影部102の撮影軸とのなす角度に基づいて、三角測量の原理で投影部101および撮影部102から対象物104までの距離を算出する。
The three-dimensional shape measurement apparatus according to the present embodiment performs shape measurement by a spatial encoding method. First, the
本実施形態では、明暗パターン111のエッジ位置の検出方法として、ネガポジ交点検出法を用いる。ネガポジ交点検出法は、投影部101が明暗パターン111の明暗位置を切り替えたパターンを連続して投影し、撮影部102が撮影した画像の強度分布の交点をエッジ位置とする方法である。
In the present embodiment, a negative / positive intersection detection method is used as a method for detecting the edge position of the light /
ネガポジ交点検出法では、一般的に撮影部102により撮影される明暗パターンのコントラストが高い方がエッジ位置の検出精度が高いことが知られている。また、撮影部102により撮影された画像の明度が高い方が撮影部102のSN(信号とノイズとの比)が向上する。そのため、投影部101からの投影は明度が高い方がエッジ位置の検出精度が高くなる。
In the negative / positive intersection detection method, it is generally known that the higher the contrast of a light and dark pattern photographed by the photographing
本実施形態に係る三次元形状計測装置では、計測空間110の全域において必要な精度以上で形状計測する必要がある。しかしながら、撮影部102により撮影された画像は、図13(a)に示されるように、フォーカス位置ではコントラストが高いが、フォーカス位置からずれるとコントラストが低下する。また、図13(b)に示されるように、撮影部102からの距離が近いと取込角度が大きくなり画像は明るくなるが、撮影部102からの距離が遠いと取込角度が小さくなり画像は暗くなる。
In the three-dimensional shape measurement apparatus according to the present embodiment, it is necessary to measure the shape with a precision higher than necessary over the
そのため、撮影部102のフォーカス位置を計測基準面109に合わせた場合、計測面116では、デフォーカスによりコントラストが低下するが、計測面116が撮影部102に近いため撮影画像は明るい。一方、計測面117では、デフォーカスによりコントラストが低下し、計測面117が撮影部102から遠いため撮影画像も暗くなる。したがって、撮影距離と計測誤差との関係は、図14(a)に示されるような関係になり、計測面116に比べて計測面117では計測精度は低下する。
Therefore, when the focus position of the photographing
そこで本実施形態では、投影部101のフォーカス位置を計測基準面109に合わせ、撮影部102のフォーカス位置を計測基準面109よりも撮影部102から奥側に合わせる。
Therefore, in the present embodiment, the focus position of the
図4は、投影部101のフォーカス位置の様子を示している。レンズ112は、投影部101の投影光学系を模式的に1枚のレンズとして表したものであり、表示素子113は、明暗パターンを表示する。図4に示されるように、投影部101のフォーカス位置は、計測基準面109に合わせている。
FIG. 4 shows the state of the focus position of the
一方、図5は、撮影部102のフォーカス位置の様子を示している。レンズ114は、撮影部102の撮影光学系を模式的に1枚のレンズとして表したものであり、撮影素子115は、レンズ114から入ってきた光を電気信号に変換する。図5に示されるように、撮影部102のフォーカス位置は、計測基準面109よりも奥側に合わせている。
On the other hand, FIG. 5 shows a state of the focus position of the photographing
図4および図5に示されるような構成にすることにより、図13(c)に示されるように、計測面116での撮影部102のデフォーカスによるコントラスト低下は、計測面117でのコントラスト低下よりも大きくなる。したがって、撮影距離と計測誤差との関係は、図14(b)に示されるような関係になり、撮影部102からの距離による撮影画像の明るさの変化と合わせると、計測面116の計測精度と計測面117の計測精度とは同程度となる。また、撮影部102のフォーカス位置が計測基準面109よりも奥にあるため、フォーカス位置が計測基準面109にある場合に比べて、計測面117でのコントラストの低下は小さい。そのため、フォーカス位置が計測基準面109にある場合に比べると計測面117での計測精度は向上する。すなわち、撮影距離全体に渡って計測誤差が一定の範囲に収まり精度の極端な低下が生じず、全体として一定の計測精度を得ることができる。
With the configuration shown in FIGS. 4 and 5, as shown in FIG. 13C, the contrast reduction due to the defocus of the
以上説明したように、撮影部102のフォーカス位置を計測基準面109よりも奥に設定することにより、計測空間110全域において一定の計測精度を得ることができる。撮影部102のフォーカス位置を計測基準面109に合わせた場合、計測空間110全域で本実施形態と同程度の計測精度を得るためには、撮影部102の結像性能を上げて撮影画像のコントラストを向上させるか、投影部101から投影される光量を上げる必要がある。しかし、本実施形態ではその必要がないため、撮影部102の結像性能を必要以上に上げる必要がなく、撮影部102を構成するレンズ枚数を削減することができ、全体としてコスト削減につながる。また、投影部101の光源の出力を小さくすることで低消費電力化や、光源から発生する熱が少なくなるため冷却系を小さくすることができ、小型化につながる。
As described above, by setting the focus position of the photographing
ここで、計測空間の奥行が大きく、計測面116と計測面117との距離がより離れている場合、計測面116の撮影画像の明るさと計測面117の撮影画像の明るさとの差がより大きくなるため、撮影部102のフォーカス位置を計測面117により近い位置に設定する。これにより、計測面117でのデフォーカスによるコントラスト低下が小さくなり、計測面117での精度低下をより軽減できる。
Here, when the depth of the measurement space is large and the distance between the
また、撮影部102のレンズ114のデフォーカスによるコントラスト低下が大きい場合、撮影部102のフォーカス位置を計測基準面109に近い位置に設定する。これにより、計測面116でのデフォーカスによるコントラスト低下が小さくなり、計測面116での精度低下をより軽減できる。
When the contrast reduction due to the defocus of the
なお、撮影部102のフォーカス位置を計測基準面109よりも奥に合わせる方法としては、撮影部102の撮影光学系を設計する際にフォーカス位置を計測基準面109よりも奥にしてもよい。また、撮影部102がオートフォーカス機能を有する場合には、フォーカスを合わせるべき位置にフォーカス合わせ用のチャートを配置してフォーカスを合わせる方法、もしくは、計測基準面109でフォーカスを合わせた後に、フォーカス調整用のレンズを用いて奥側にフォーカスを合わせる方法を取ってもよい。また、フォーカス位置が奥になりすぎると計測精度が低くなる箇所が表れてくるため、フォーカス位置は、コントラストと画像の明るさとの関係によって適切な位置に設定するとよい。
Note that, as a method of adjusting the focus position of the photographing
本実施形態では、空間符号化法による三次元形状計測を行っており、エッジ位置の検出方法としてはネガポジ交点検出法を用いている。しかしながら、ネガポジ交点検出法に限定されず、微分フィルタによるエッジ位置の検出や強度分布の重心検出を行う方法を用いてもよい。また、三次元形状計測の方法も空間符号化法だけでなく、正弦波パターンを投影する位相シフト法や光切断法を用いてもよい。 In this embodiment, three-dimensional shape measurement is performed by a spatial encoding method, and a negative / positive intersection detection method is used as a method for detecting an edge position. However, the method is not limited to the negative / positive intersection detection method, and a method of detecting an edge position using a differential filter or detecting the center of gravity of an intensity distribution may be used. Further, the three-dimensional shape measurement method is not limited to the spatial encoding method, and a phase shift method or a light cutting method for projecting a sine wave pattern may be used.
(第2実施形態)
図6を参照して、第2実施形態に係る三次元形状計測装置の構成を説明する。三次元形状計測装置は、投影部201と、撮影部202と、制御部203とを備える。
(Second Embodiment)
With reference to FIG. 6, the structure of the three-dimensional shape measuring apparatus which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated. The three-dimensional shape measurement apparatus includes a
投影部201は、パターン光を対象物204へ投影する投影動作を実行するプロジェクタである。投影部201は、投影範囲205で示される空間へ投影可能である。投影部201は、第1実施形態とは異なり、投影軸と投影画像中心とが一致しているものとする。
The
撮影部202は、パターン光が投影された対象物204を撮影するカメラである。撮影部202は、撮影範囲206で示される空間を撮影可能である。制御部203は、例えばパーソナル・コンピュータであり、投影部201および撮影部202の動作を制御する。制御部203は、対象物204の三次元形状を計測する処理も実行する。
The
次に、図7を参照して、第2実施形態に係る計測基準面及び計測空間を説明する。光軸207は、当該投影軸は投影部201から投影画像中心へ向かう光軸であり、投影軸と一致している。光軸208は、撮影部202の光軸(撮影中心へ向かう撮影軸)である。計測基準面209は、光軸207と光軸208とが交差する点を含む面である。計測空間210は、投影範囲205と撮影範囲206との両方に含まれ、当該投影範囲105と撮影範囲106とにより規定される空間である。本実施形態では、計測基準面209は、計測空間中に含まれ、撮影部202から観察した場合に計測空間210の奥行方向距離を二等分するように配置されている。計測面216は、計測空間210の中で、投影部201および撮影部202から最も近い計測面である。計測面217は、計測空間210の中で、投影部201および撮影部202から最も遠い計測面である。本実施形態では、計測基準面209は、計測空間210の内部に設定されているが、必ずしも当該内部に限定されず外部であってもよい。
Next, a measurement reference plane and a measurement space according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The
第1実施形態と同様に、本実施形態に係る三次元形状計測装置は、空間符号化法による形状計測を行い、エッジ位置の検出方法としてネガポジ交点検出法を用いる。 Similar to the first embodiment, the three-dimensional shape measurement apparatus according to the present embodiment performs shape measurement by the spatial encoding method, and uses the negative / positive intersection detection method as the edge position detection method.
本実施形態においても、投影部201のフォーカス位置を計測基準面209に合わせ、撮影部202のフォーカス位置を計測基準面209よりも奥側に合わせる。
Also in this embodiment, the focus position of the
図8は、投影部201のフォーカス位置の様子を示している。レンズ212は、投影部201の投影光学系を模式的に1枚のレンズとして表したものであり、表示素子213は、明暗パターンを表示する。図8に示されるように、投影部201のフォーカス位置は、計測基準面209に合わせている。
FIG. 8 shows the focus position of the
一方、図9は、撮影部202のフォーカス位置の様子を示している。レンズ214は、撮影部202の撮影光学系を模式的に1枚のレンズとして表したものであり、撮影素子215は、レンズ214から入ってきた光を電気信号に変換する。図9に示されるように、撮影部202のフォーカス位置は、計測基準面209よりも奥側に合わせている。
On the other hand, FIG. 9 shows a state of the focus position of the photographing
図8および図9に示されるような構成にすることにより、計測面216での撮影部202のデフォーカスによるコントラスト低下は、計測面217でのコントラスト低下よりも大きくなる。したがって、撮影部202からの距離による撮影画像の明るさの変化と合わせると、計測面216の計測精度と計測面217の計測精度とは同程度となる。また、撮影部202のフォーカス位置が計測基準面209よりも奥にあるため、フォーカス位置が計測基準面209にある場合に比べて、計測面217でのコントラストの低下は小さい。そのため、フォーカス位置が計測基準面209にある場合に比べると計測面217での計測精度は向上する。すなわち、撮影距離全体に渡って計測誤差が一定の範囲に収まり精度の極端な低下が生じず、全体として一定の計測精度を得ることができる。
With the configuration shown in FIGS. 8 and 9, the contrast reduction due to the defocusing of the
以上説明したように、撮影部202のフォーカス位置を計測基準面209よりも奥に設定することにより、計測空間210全域において一定の計測精度を得ることができる。撮影部202のフォーカス位置を計測基準面209に合わせた場合、計測空間210全域で本実施形態と同程度の計測精度を得るためには、撮影部202の結像性能を上げて撮影画像のコントラストを向上させるか、投影部101から投影される光量を上げる必要がある。しかし、本実施形態ではその必要がないため、撮影部202の結像性能を必要以上に上げる必要がなく、撮影部202を構成するレンズ枚数を削減することができ、全体としてコスト削減につながる。また、投影部201の光源の出力を小さくすることで低消費電力化や、光源から発生する熱が少なくなるため冷却系を小さくすることができ、小型化につながる。
As described above, by setting the focus position of the
(第3実施形態)
図6を参照して、第3実施形態に係る三次元形状計測装置の構成を説明する。三次元形状計測装置は、投影部301と、撮影部302と、撮影部303(第2の撮影部)と、制御部304とを備える。
(Third embodiment)
With reference to FIG. 6, the structure of the three-dimensional shape measuring apparatus which concerns on 3rd Embodiment is demonstrated. The three-dimensional shape measurement apparatus includes a
投影部301は、本実施形態ではアクティブステレオ方式を用いているため、対象物305へ、ベタ画像を投影するか、または、光源を照射する投影動作を実行する。投影部301は、投影範囲306で示される空間へ投影可能である。
Since the
撮影部302および撮影部303は、投影部301により投影が行われた対象物305を撮影するカメラである。撮影部302は、撮影範囲307で示される空間を撮影可能である。撮影部303は、撮影範囲308で示される空間を撮影可能である。すなわち撮影部302および撮影部303は、撮影方向が相互に異なっている。制御部304は、例えばパーソナル・コンピュータであり、投影部301、撮影部302、および撮影部303の各動作を制御する。制御部304は、対象物305の三次元形状を計測する処理も実行する。
The photographing
次に、図11を参照して、第3実施形態に係る計測基準面及び計測空間を説明する。光軸309は、撮影部302の光軸(撮影中心へ向かう撮影軸)である。光軸310は、撮影部303の光軸(撮影中心へ向かう撮影軸)である。計測基準面311は、投影部301の投影軸と、光軸309および光軸310と、が交差する点を含む面である。計測空間312は、投影範囲306と撮影範囲307と撮影範囲308とに含まれ、当該投影範囲と撮影範囲307と撮影範囲308とにより規定される空間である。本実施形態では、計測基準面311は、計測空間中に含まれ、撮影部302から観察した場合に計測空間312の奥行方向距離を二等分するように配置されている。計測面313は、計測空間312の中で、投影部301、撮影部302、および撮影部303から最も近い計測面である。計測面314は、計測空間312の中で、投影部301、撮影部302、および撮影部303から最も遠い計測面である。本実施形態では、計測基準面311は、計測空間312の内部に設定されているが、必ずしも当該内部に限定されず外部であってもよい。
Next, a measurement reference plane and a measurement space according to the third embodiment will be described with reference to FIG. An
本実施形態に係る三次元形状計測装置では、第1および第2実施形態とは異なり、投影部301により投影された対象物305を、撮影部302と、撮影部303とにより撮影した各画像から三角測量の原理を用いて対象物305までの距離を算出する、アクティブステレオ方式(ステレオ法)を採用している。そのため、第1および第2実施形態とは異なり、投影部301からパターンを投影する必要がないため、投影部301からはベタ画像を投影すればよい。さらには、投影部301は、電球などの照明部であってもよい。
In the three-dimensional shape measurement apparatus according to this embodiment, unlike the first and second embodiments, the
アクティブステレオ方式では、撮影画像から対象物305のエッジなどの特徴量を検出し、撮影部302および撮影部303により撮影された画像を対応付けて三角測量を行う。そのため、撮影部302および撮影部303により撮影された対象物305のエッジのコントラストが高い程、エッジ位置の検出精度が高くなる。また、撮影部302および撮影部303により撮影された画像の明度が高い方が、撮影部302および撮影部303のSNが向上する。そのため、投影部301からの投影は明度が高い方がエッジ位置の検出精度が高くなる。
In the active stereo method, a feature amount such as an edge of the
そこで、本実施形態でも第1および第2実施形態と同様に、撮影部302および撮影部303のフォーカス位置を計測基準面311よりも奥側に合わせる。
Therefore, in the present embodiment as well, as in the first and second embodiments, the focus positions of the photographing
図12は、撮影部302および撮影部303のフォーカス位置の様子を示している。レンズ315は、撮影部302の撮影光学系を模式的に1枚のレンズで表したものである。レンズ317は、撮影部303の撮影光学系を模式的に1枚のレンズで表したものである。撮影素子316および撮影素子318は、それぞれレンズ315およびレンズ317から入ってきた光を電気信号に変換する。
FIG. 12 shows the focus positions of the photographing
図12に示されるような構成にすることにより、計測面313での撮影部302、撮影部303のデフォーカスによるコントラスト低下は、計測面314でのコントラスト低下よりも大きくなる。したがって、撮影部302、撮影部303からの距離による撮影画像の明るさの変化と合わせると、計測面313の計測精度と計測面314の計測精度とは同程度となる。また、撮影部302、撮影部303のフォーカス位置が計測基準面311よりも奥にあるため、フォーカス位置が計測基準面311にある場合に比べて、計測面314でのコントラスト低下は小さい。そのため、フォーカス位置が計測基準面311にある場合に比べると計測面314での計測精度は向上する。すなわち、撮影距離全体に渡って計測誤差が一定の範囲に収まり精度の極端な低下が生じず、全体として一定の計測精度を得ることができる。
With the configuration shown in FIG. 12, the contrast reduction due to defocusing of the
以上説明したように、撮影部302および撮影部303のフォーカス位置を計測基準面311よりも奥に設定することにより、計測空間312全域において一定の計測精度を得ることができる。撮影部302および撮影部303のフォーカス位置を計測基準面311に合わせた場合、計測空間312全域で本実施形態と同程度の計測精度を得るためには、撮影部302および撮影部303の結像性能を上げて撮影画像のコントラストを向上させるか、投影部301から投影される光量を上げる必要がある。しかし、本実施形態ではその必要がないため、撮影部302および撮影部303の結像性能を必要以上に上げる必要がなく、撮影部302および撮影部303を構成するレンズ枚数を削減することができ、全体としてコスト削減につながる。また、投影部301の光源の出力を小さくすることで低消費電力化や、光源から発生する熱が少なくなるため冷却系を小さくすることができ、小型化につながる。
As described above, by setting the focus positions of the
(その他の実施形態)
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
(Other embodiments)
The present invention can also be realized by executing the following processing. That is, software (program) that realizes the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or apparatus via a network or various storage media, and a computer (or CPU, MPU, or the like) of the system or apparatus reads the program. It is a process to be executed.
101:投影部、102:撮影部、103:制御部、104:対象物、105:投影範囲、106:撮影範囲、107,108:光軸、109:計測基準面、110:計測空間、111:明暗パターン、112,114:レンズ、113:表示素子、115:撮影素子、116,117:計測面 101: Projection unit, 102: Imaging unit, 103: Control unit, 104: Object, 105: Projection range, 106: Imaging range, 107, 108: Optical axis, 109: Measurement reference plane, 110: Measurement space, 111: Light / dark pattern, 112, 114: lens, 113: display element, 115: imaging element, 116, 117: measurement surface
Claims (7)
前記投影手段によりパターンが投影されている間に前記物体を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された画像から前記パターンの明部と暗部の境界を示すエッジ位置を検出する検出手段と、
前記検出されたエッジ位置に基づいて、前記物体の三次元形状を計測する計測手段とを備え、
前記撮像手段の焦点位置は、前記撮像手段からみて、前記投影手段の投影範囲の中心位置を通る軸と前記撮像手段の撮像範囲の中心位置を通る軸とに基づいて決定される位置を含む計測基準面よりも奥に設定されており、
前記投影手段の焦点位置は、前記計測基準面に設定されており、
前記画像における前記明部と前記暗部の間のコントラスト値は、前記計測基準面よりも奥の領域において最大値をもつことを特徴とする計測装置。 Projection means for projecting a pattern including a bright part and a dark part onto an object;
Imaging means for imaging the object while a pattern is projected by the projection means;
Detecting means for detecting an edge position indicating a boundary between a bright part and a dark part of the pattern from an image picked up by the image pickup means;
Measuring means for measuring the three-dimensional shape of the object based on the detected edge position;
The focal position of the imaging means is a measurement including a position determined based on an axis passing through the center position of the projection range of the projection means and an axis passing through the center position of the imaging range of the imaging means when viewed from the imaging means. It is set behind the reference plane,
The focal position of the projection means is set on the measurement reference plane ,
The contrast device between the bright part and the dark part in the image has a maximum value in a region deeper than the measurement reference plane .
前記投影手段によりパターンが投影されている間に前記物体を撮像する撮像手段と、Imaging means for imaging the object while a pattern is projected by the projection means;
前記撮像手段により撮像された画像から前記パターンの明部と暗部の境界を示すエッジ位置を検出する検出手段と、Detecting means for detecting an edge position indicating a boundary between a bright part and a dark part of the pattern from an image picked up by the image pickup means;
前記検出されたエッジ位置に基づいて、前記物体の三次元形状を計測する計測手段とを備え、Measuring means for measuring the three-dimensional shape of the object based on the detected edge position;
前記撮像手段の焦点位置は、前記撮像手段からみて、前記投影手段の投影範囲の中心位置を通る軸と前記撮像手段の撮像範囲の中心位置を通る軸とに基づいて決定される位置を含む計測基準面よりも奥に設定されており、The focal position of the imaging means is a measurement including a position determined based on an axis passing through the center position of the projection range of the projection means and an axis passing through the center position of the imaging range of the imaging means when viewed from the imaging means. It is set behind the reference plane,
前記投影手段の焦点位置は、前記計測基準面に設定されており、The focal position of the projection means is set on the measurement reference plane,
前記投影手段からみて、前記投影手段の投影範囲の中心位置を通る軸と前記撮像手段の撮像範囲の中心位置を通る軸とに基づいて決定される位置は、前記投影手段の投影範囲の中心位置を通る軸と前記撮像手段の撮像範囲の中心位置を通る軸との交点位置であることを特徴とする計測装置。The position determined based on the axis passing through the center position of the projection range of the projection means and the axis passing through the center position of the imaging range of the imaging means as viewed from the projection means is the center position of the projection range of the projection means A measuring device characterized by being an intersection position of an axis passing through and an axis passing through the center position of the imaging range of the imaging means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016152283A JP6247724B2 (en) | 2016-08-02 | 2016-08-02 | Measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016152283A JP6247724B2 (en) | 2016-08-02 | 2016-08-02 | Measuring device |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011228273A Division JP5986364B2 (en) | 2011-10-17 | 2011-10-17 | Three-dimensional shape measuring apparatus, control method for three-dimensional shape measuring apparatus, and program |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016197127A JP2016197127A (en) | 2016-11-24 |
JP6247724B2 true JP6247724B2 (en) | 2017-12-13 |
Family
ID=57357879
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016152283A Expired - Fee Related JP6247724B2 (en) | 2016-08-02 | 2016-08-02 | Measuring device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6247724B2 (en) |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2565885B2 (en) * | 1987-02-04 | 1996-12-18 | 日本電信電話株式会社 | Spatial pattern coding method |
JP2765151B2 (en) * | 1989-07-03 | 1998-06-11 | 株式会社デンソー | 3D shape measurement method |
JP2003287405A (en) * | 2002-03-28 | 2003-10-10 | Minolta Co Ltd | Three-dimensional measuring method and apparatus |
US20060017720A1 (en) * | 2004-07-15 | 2006-01-26 | Li You F | System and method for 3D measurement and surface reconstruction |
JP2008145139A (en) * | 2006-12-06 | 2008-06-26 | Mitsubishi Electric Corp | Shape measuring device |
-
2016
- 2016-08-02 JP JP2016152283A patent/JP6247724B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016197127A (en) | 2016-11-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5986364B2 (en) | Three-dimensional shape measuring apparatus, control method for three-dimensional shape measuring apparatus, and program | |
US9131145B2 (en) | Image pickup apparatus and control method therefor | |
TW201312249A (en) | Image processing system and automatic focusing method | |
JP2010204304A (en) | Image capturing device, operator monitoring device, method for measuring distance to face | |
JP2014153509A (en) | Imaging device and imaging method | |
TWI543582B (en) | Image editing method and a related blur parameter establishing method | |
JP2016075658A (en) | Information process system and information processing method | |
WO2007058099A1 (en) | Imaging device | |
WO2019181622A1 (en) | Distance measurement camera | |
WO2014073590A1 (en) | Three-dimensional measuring device and three-dimensional measuring method | |
JP2014022806A (en) | Image pickup device and image pickup device control method | |
JP6381206B2 (en) | Image processing apparatus, control method thereof, and program | |
JP6193609B2 (en) | 3D shape measuring device, 3D shape measuring method | |
JP6247724B2 (en) | Measuring device | |
EP3163369B1 (en) | Auto-focus control in a camera to prevent oscillation | |
JP2016142924A (en) | Imaging apparatus, method of controlling the same, program, and storage medium | |
JP2008233205A (en) | Range finder and imaging device | |
JP6399817B2 (en) | IMAGING DEVICE, IMAGING DEVICE CONTROL METHOD, PROGRAM, AND STORAGE MEDIUM | |
JP2008233389A (en) | Focus determination method, focus-determining device, and focus determination program | |
JP2015075648A (en) | Focus detection device, control method therefor, control program and imaging device | |
JP2015114370A (en) | Subject position detection device and subject position detection method | |
JP2007101857A (en) | Focus adjusting device and digital camera | |
JP5679718B2 (en) | Imaging device | |
JP2014102478A (en) | Autofocus device and imaging apparatus | |
JP2013040994A (en) | Imaging apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170727 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170807 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171002 |
|
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: 20171020 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20171117 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6247724 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |