JP6335809B2 - Stripe pattern image acquisition device, stripe pattern image acquisition method, three-dimensional position specifying device, three-dimensional position specifying method, and program - Google Patents
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Description
本発明は、対象物の三次元位置の特定に用いる縞パタン画像を取得する縞パタン画像取得装置および縞パタン画像取得方法、縞パタン画像を用いて対象物の三次元位置を特定する三次元位置特定装置および三次元位置特定方法、ならびにこれらを実現するためのプログラムに関する。 The present invention relates to a fringe pattern image acquisition device and a fringe pattern image acquisition method for acquiring a fringe pattern image used for specifying a three-dimensional position of an object, and a three-dimensional position for specifying a three-dimensional position of an object using the fringe pattern image. The present invention relates to a specifying device, a three-dimensional position specifying method, and a program for realizing them.
対象物に光を照射し、その反射光に基づいて物体の三次元位置を特定する方法として、光切断法および位相シフト法が知られている。光切断法とは、レーザ光を加工して得られるシート光を対象物に照射し、シート光の反射位置を三角測量の原理に基づいて特定する手法である。光切断法に基づいて対象物の三次元位置を特定するためには、シート光の照射位置を単位長さずつ変更し、照射位置が変わる度に対象物を撮像して三次元位置を特定する必要がある。
位相シフト法とは、縞パタン光が投影された対象物を撮像した縞パタン画像を解析することにより、三角測量の原理に基づいて対象物の三次元位置を特定する手法である（例えば、特許文献１を参照）。縞パタン光の照射は、例えばプロジェクタによって行われる。
A light cutting method and a phase shift method are known as methods for irradiating an object with light and specifying the three-dimensional position of the object based on the reflected light. The light cutting method is a method of irradiating an object with sheet light obtained by processing laser light and specifying the reflection position of the sheet light based on the principle of triangulation. To specify the three-dimensional position of the object based on the light cutting method, the irradiation position of the sheet light is changed by unit length, and the object is imaged every time the irradiation position changes to specify the three-dimensional position. There is a need.
The phase shift method is a technique for specifying a three-dimensional position of an object based on the principle of triangulation by analyzing a fringe pattern image obtained by imaging an object on which fringe pattern light is projected (for example, a patent) Reference 1). Irradiation of the fringe pattern light is performed by, for example, a projector.
三次元位置の特定の対象物が水中に存在する場合、プロジェクタにより縞パタン光を対象物に投影しても、三次元位置の特定に十分な輝度を確保できない可能性がある。これは、水中における光の透過率が空気と比較して低く、またプロジェクタが投影する光の光束密度が小さいためである。
他方、レーザ光から加工されたシート光は光束密度が高く、水中でも輝度を確保することができる。他方、光切断法によって三次元位置を特定する場合、シート光の照射位置を単位長さずつ変更し、照射位置が変わる度に対象物を撮像して三次元位置を特定する必要があるため、三次元位置の特定に時間がかかるという問題がある。
本発明の目的は、対象物が水中に存在する場合にも十分な輝度を確保し、かつ短時間で三次元位置を特定するための縞パタン画像取得装置、縞パタン画像取得方法、三次元位置特定装置、三次元位置特定方法、およびプログラムを提供することにある。
When a specific object at a three-dimensional position exists in water, there is a possibility that sufficient brightness for specifying the three-dimensional position cannot be secured even if the pattern light is projected onto the object by a projector. This is because the light transmittance in water is lower than that of air, and the light flux density of light projected by the projector is small.
On the other hand, the sheet light processed from the laser light has a high luminous flux density, and can secure luminance even in water. On the other hand, when specifying the three-dimensional position by the light cutting method, because it is necessary to change the irradiation position of the sheet light by unit length and to capture the object every time the irradiation position changes, to specify the three-dimensional position, There is a problem that it takes time to specify the three-dimensional position.
An object of the present invention is to provide a fringe pattern image acquisition device, a fringe pattern image acquisition method, a three-dimensional position for ensuring sufficient luminance even when an object is present in water and specifying a three-dimensional position in a short time. It is to provide a specifying device, a three-dimensional position specifying method, and a program.
本発明の第１の態様によれば、縞パタン画像取得装置は、対象物を撮像する撮像装置と、前記対象物に照射する光を走査する照射装置と、前記照射装置を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記撮像装置が露光している間に、前記照射装置に、光の強度および光の単位面積当たりの照射時間を変えずに走査させて素朴画像を前記撮像装置に撮像させるステップと、前記素朴画像のうち、前記照射装置が光の強度または光の単位面積当たりの照射時間を変調させながら走査した場合に得られる縞パタン画像にラインが現れる各領域の輝度に基づいて、前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間を決定するステップと、前記撮像装置が露光している間に、決定した前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間に基づいて光を変調させながら走査させることで、前記縞パタン画像を前記撮像装置に撮像させるステップとを実行する。 According to the first aspect of the present invention, the fringe pattern image acquisition device includes an imaging device that captures an object, an irradiation device that scans light that irradiates the object, and a control device that controls the irradiation device. The control device causes the irradiation device to scan the imaging device without changing the light intensity and the irradiation time per unit area of the light while the imaging device is exposing. Based on the brightness of each region in which lines appear in the fringe pattern image obtained when the irradiation device performs scanning while modulating the light intensity or the irradiation time per unit area of the light in the naive image. Te, determining the irradiation time per unit area of the light intensity or the light, while the imaging device is exposed, the intensity of the determined the light or the irradiation time per unit area of the light In Rukoto is scanned while modifying its light Zui, executes the step of imaging the fringe pattern image on the imaging device.
本発明の第２の態様によれば、第１の態様に係る縞パタン画像取得装置は、前記制御装置が、前記縞パタン画像の一部のラインの形成のために照射される光のピーク強度および単位面積当たりの照射時間の少なくとも一方を、他のラインの形成のために照射される光のピーク強度および単位面積当たりの光の照射時間の少なくとも一方と異ならせる。 According to the second aspect of the present invention, in the fringe pattern image acquisition device according to the first aspect, the control device has a peak intensity of light irradiated for forming a part of a line of the fringe pattern image. In addition, at least one of the irradiation time per unit area is different from at least one of the peak intensity of light irradiated for forming other lines and the light irradiation time per unit area.
本発明の第３の態様によれば、第１または第２の態様に係る縞パタン画像取得装置は、前記制御装置が、前記対象物に照射される光の強度および単位面積当たりの照射時間の少なくとも一方を、前記対象物に照射された光の反射光の強度に応じて変調させる。 According to the third aspect of the present invention, in the fringe pattern image acquisition device according to the first or second aspect, the control device determines the intensity of light irradiated on the object and the irradiation time per unit area. At least one of them is modulated according to the intensity of the reflected light of the light irradiated on the object.
本発明の第４の態様によれば、第１または第２の態様に係る縞パタン画像取得装置は、前記制御装置が、前記対象物に照射される光の強度および単位面積当たりの照射時間の少なくとも一方を、前記照射部または前記撮像部から前記対象物までの距離に応じて変調させる。 According to the fourth aspect of the present invention, in the fringe pattern image acquisition device according to the first or second aspect, the control device determines the intensity of light irradiated on the object and the irradiation time per unit area. At least one is modulated according to the distance from the irradiation unit or the imaging unit to the object.
本発明の第５の態様によれば、第１から第４の何れかの態様に係る縞パタン画像取得装置は、前記対象物の一部分の指定の入力を受け付ける入力装置をさらに備え、前記制御装置が、前記入力装置を介して指定された前記一部分に基づいて、前記対象物に照射される光の強度および単位面積当たりの照射時間の少なくとも一方を変調させる。 According to a fifth aspect of the present invention, the fringe pattern image acquisition device according to any one of the first to fourth aspects further includes an input device that accepts a designation input of a part of the object, and the control device Modulates at least one of the intensity of light applied to the object and the irradiation time per unit area based on the portion specified via the input device.
本発明の第６の態様によれば、三次元位置特定装置は、第１から第５の何れかの態様に係る縞パタン画像取得装置と、前記縞パタン画像取得装置が取得した縞パタン画像に基づいて対象物の三次元位置を特定する三次元位置特定部とを備える。 According to the sixth aspect of the present invention, the three-dimensional position specifying device includes a fringe pattern image acquisition device according to any one of the first to fifth aspects, and a fringe pattern image acquired by the fringe pattern image acquisition device. And a three-dimensional position specifying unit that specifies a three-dimensional position of the object.
本発明の第７の態様によれば、縞パタン画像取得方法は、対象物を撮像する撮像装置が露光している間、前記対象物に照射する光を走査する照射装置に、光の強度および光の単位面積当たりの照射時間を変えずに走査させて、前記撮像装置に素朴画像を撮像させるステップと、前記素朴画像のうち、前記照射装置が光の強度または光の単位面積当たりの照射時間を変調させながら走査した場合に得られる縞パタン画像にラインが現れる各領域の輝度に基づいて、前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間を決定するステップと、前記撮像装置が露光している間、決定した前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間に基づいて光を変調させながら走査させることで、前記縞パタン画像を前記撮像装置に撮像させるステップとを有する。 According to the seventh aspect of the present invention, there is provided a fringe pattern image acquisition method in which an irradiation device that scans light that irradiates an object while the imaging device that images the object is exposed to the light intensity and Scanning without changing the irradiation time per unit area of light and causing the imaging device to pick up a naive image; among the naive images, the irradiation device has an intensity of light or an irradiation time per unit area of light. Determining the intensity of the light or the irradiation time per unit area of the light based on the brightness of each region where a line appears in the fringe pattern image obtained when scanning while modulating in to between which, Rukoto is scanned while modulating light based on the irradiation time per unit area of the determined said light intensity or the light, stearyl for imaging the fringe pattern image on the imaging device And a flop.
本発明の第８の態様によれば、三次元位置特定方法は、第７の態様に係る縞パタン画像取得方法により取得された縞パタン画像に基づいて対象物の三次元位置を特定する三次元位置特定ステップを有する。 According to the eighth aspect of the present invention, the three-dimensional position specifying method specifies a three-dimensional position of the object based on the fringe pattern image acquired by the fringe pattern image acquiring method according to the seventh aspect. A location step.
本発明の第９の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、対象物を撮像する撮像装置が露光している間、前記対象物に照射する光を走査する照射装置に、光の強度および光の単位面積当たりの照射時間を変えずに走査させて、前記撮像装置に素朴画像を撮像させるステップと、前記素朴画像のうち、前記照射装置が光の強度または光の単位面積当たりの照射時間を変調させながら走査した場合に得られる縞パタン画像にラインが現れる各領域の輝度に基づいて、前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間を決定するステップと、前記撮像装置が露光している間、決定した前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間に基づいて光を変調させながら走査させることで、前記縞パタン画像を前記撮像装置に撮像させるステップとを実行させる。 According to a ninth aspect of the present invention, the program causes a computer, while the imaging device for imaging an object is exposed to the irradiation device for scanning the light irradiated onto the object, the light intensity and the light Scanning without changing the irradiation time per unit area, and causing the imaging device to capture a naive image, and among the naive images, the irradiation device determines the intensity of light or the irradiation time per unit area of light. Determining the intensity of the light or the irradiation time per unit area of the light based on the brightness of each region in which a line appears in the fringe pattern image obtained when scanning while modulating; The image of the fringe pattern is captured by the imaging device by scanning while modulating the light based on the determined light intensity or the irradiation time per unit area of the light. Make and a step.
本発明の第１０の態様によれば、第９の態様に係るプログラムは、前記コンピュータに、さらに前記撮像装置が取得した前記縞パタン画像に基づいて前記対象物の三次元位置を特定するステップを実行させる。 According to a tenth aspect of the present invention, the program according to the ninth aspect further comprises a step of specifying, in the computer , a three-dimensional position of the object based on the fringe pattern image acquired by the imaging device. Let it run.
上記態様のうち少なくとも１つの態様によれば、縞パタン画像取得装置は、撮像装置が露光している間に、対象物に照射される光を変調させながら走査することで、複数のラインが周期的に現れる縞パタン画像を撮像装置に撮像させる。これにより、縞パタン画像取得装置は、輝度が確保された縞パタン画像を生成することができる。また、三次元位置特定装置は、当該縞パタン画像を用いて三次元位置を特定することで、光切断法により三次元位置を特定する場合と比較して短時間で三次元位置を特定することができる。 According to at least one aspect of the above aspects, the fringe pattern image acquisition device scans while modulating the light applied to the object while the imaging device is exposing, so that the plurality of lines have a period. The image pickup apparatus is caused to pick up a fringe pattern image that appears on the screen. Thereby, the fringe pattern image acquisition device can generate a fringe pattern image in which luminance is ensured. Further, the three-dimensional position specifying device specifies the three-dimensional position in a short time compared to the case of specifying the three-dimensional position by the light cutting method by specifying the three-dimensional position using the stripe pattern image. Can do.
《第１の実施形態》
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図１は、第１の実施形態に係る三次元位置特定装置の構成を示す概略ブロック図である。
本実施形態に係る三次元位置特定装置１は、縞パタン画像を取得し、位相シフト法に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定する。つまり、本実施形態に係る三次元位置特定装置１は、縞パタン画像取得装置の一例である。三次元位置特定装置１は、照射装置１０、撮像装置２０、表示装置３０、入力装置４０、制御装置５０を備える。
<< First Embodiment >>
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic block diagram showing the configuration of the three-dimensional position specifying device according to the first embodiment.
The three-dimensional position specifying device 1 according to the present embodiment acquires a fringe pattern image and specifies the three-dimensional position of the object T based on the phase shift method. That is, the three-dimensional position specifying device 1 according to the present embodiment is an example of a fringe pattern image acquisition device. The three-dimensional position specifying device 1 includes an irradiation device 10, an imaging device 20, a display device 30, an input device 40, and a control device 50.
照射装置１０は、対象物Ｔにシート光Ｌを照射する。シート光Ｌとは、一方向に所定の幅を有する光を照射することで得られる平面状の光である。照射装置１０は、シート光Ｌの幅方向に直交する方向にシート光Ｌを走査させる。照射装置１０は、レーザ装置、ビームエキスパンダ、シリンドリカルレンズおよび走査ミラーを備える。照射装置１０は、レーザ装置が照射するビーム光をビームエキスパンダ及びシリンドリカルレンズに通すことでシート光Ｌを生成する。走査ミラーは、シート光Ｌの幅方向に伸びる軸回りに回動する鏡である。照射装置１０は、シート光Ｌを走査ミラーに反射させて対象物Ｔに照射する。照射装置１０は、走査ミラーを回動させることで、シート光Ｌを走査する。 The irradiation device 10 irradiates the object T with the sheet light L. The sheet light L is planar light obtained by irradiating light having a predetermined width in one direction. The irradiation device 10 scans the sheet light L in a direction orthogonal to the width direction of the sheet light L. The irradiation device 10 includes a laser device, a beam expander, a cylindrical lens, and a scanning mirror. The irradiation device 10 generates the sheet light L by passing the beam light irradiated by the laser device through the beam expander and the cylindrical lens. The scanning mirror is a mirror that rotates about an axis extending in the width direction of the sheet light L. The irradiation device 10 reflects the sheet light L on the scanning mirror and irradiates the target T. The irradiation device 10 scans the sheet light L by rotating the scanning mirror.
撮像装置２０は、光学系を介して対象物Ｔを撮像する。撮像装置２０は、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）イメージセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサなどの撮像素子を有する。撮像装置２０は、撮像素子が露光されることにより、対象物Ｔを撮像する。照射装置１０と撮像装置２０は、同一の筐体に設けられる。 The imaging device 20 images the target T via the optical system. The imaging device 20 includes an imaging element such as a complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) image sensor or a charge-coupled device (CCD) image sensor. The imaging device 20 images the object T by exposing the imaging element. The irradiation device 10 and the imaging device 20 are provided in the same housing.
表示装置３０は、撮像装置２０が撮像した画像、および制御装置５０が算出した対象物Ｔの三次元位置を表示する。
入力装置４０は、利用者から三次元位置特定装置１への入力を受け付ける。本実施形態に係る入力装置４０は、マウスやタッチパッドなどのポインティングデバイスを有する。入力装置４０は、表示装置３０に一体に設けられたタッチパネルであっても良い。
The display device 30 displays the image captured by the imaging device 20 and the three-dimensional position of the target T calculated by the control device 50.
The input device 40 receives input from the user to the three-dimensional position specifying device 1. The input device 40 according to the present embodiment includes a pointing device such as a mouse or a touch pad. The input device 40 may be a touch panel provided integrally with the display device 30.
図２は、第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
制御装置５０は、ＣＰＵ５１、主記憶装置５２、補助記憶装置５３およびインタフェース５４を備えるコンピュータである。制御装置５０は、インタフェース５４を介して照射装置１０、撮像装置２０、表示装置３０、入力装置４０と接続される。
ＣＰＵ５１は、プログラムを補助記憶装置５３から読み出して主記憶装置５２に展開する。ＣＰＵ５１は、読み出したプログラムに従って、所定の記憶領域を主記憶装置５２に確保する。ＣＰＵ５１は、読み出したプログラムに従って、インタフェース５４を介して制御装置５０、照射装置１０および撮像装置２０の動作を制御する。またＣＰＵ５１は、読み出したプログラムに従って対象物Ｔの三次元位置を特定する計算を行う。
FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating the configuration of the control device according to the first embodiment.
The control device 50 is a computer including a CPU 51, a main storage device 52, an auxiliary storage device 53, and an interface 54. The control device 50 is connected to the irradiation device 10, the imaging device 20, the display device 30, and the input device 40 via the interface 54.
The CPU 51 reads the program from the auxiliary storage device 53 and expands it in the main storage device 52. The CPU 51 secures a predetermined storage area in the main storage device 52 according to the read program. The CPU 51 controls operations of the control device 50, the irradiation device 10, and the imaging device 20 via the interface 54 in accordance with the read program. Further, the CPU 51 performs calculation for specifying the three-dimensional position of the object T according to the read program.
ＣＰＵ５１は、プログラムの実行により、画像記憶部５２１の記憶領域を主記憶装置５２に確保する。またＣＰＵ５１は、プログラムの実行により、照射制御部５１１、露光制御部５１２、縞パタン画像取得部５１３、三次元位置特定部５１４を備える。
画像記憶部５２１は、撮像装置２０が撮像した画像を記憶する。
照射制御部５１１は、照射装置１０によるシート光Ｌの照射を制御する。露光制御部５１２は、撮像装置２０の露光時間を制御する。縞パタン画像取得部５１３は、撮像装置２０が撮像した縞パタン画像を取得する。三次元位置特定部５１４は、縞パタン画像取得部５１３が取得した縞パタン画像に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定する。
The CPU 51 secures the storage area of the image storage unit 521 in the main storage device 52 by executing the program. Further, the CPU 51 includes an irradiation control unit 511, an exposure control unit 512, a fringe pattern image acquisition unit 513, and a three-dimensional position specifying unit 514 by executing the program.
The image storage unit 521 stores an image captured by the imaging device 20.
The irradiation control unit 511 controls the irradiation of the sheet light L by the irradiation device 10. The exposure control unit 512 controls the exposure time of the imaging device 20. The fringe pattern image acquisition unit 513 acquires a fringe pattern image captured by the imaging device 20. The three-dimensional position specifying unit 514 specifies the three-dimensional position of the object T based on the stripe pattern image acquired by the stripe pattern image acquisition unit 513.
次に、本実施形態に係る三次元位置特定装置１の動作について説明する。
図３は、第１の実施形態に係る三次元位置特定装置の動作を示すフローチャートである。
利用者が入力装置４０を介して三次元位置特定装置１に三次元位置の特定の開始指示を入力すると、制御装置５０の露光制御部５１２は、撮像装置２０に露光を開始する指示を出力する（ステップＳ１）。これにより撮像装置２０は、撮像素子の露光を開始する。次に、照射制御部５１１は、シート光Ｌを正弦波で変調させる指示を照射装置１０に出力する（ステップＳ２）。次に、照射制御部５１１は、対象物Ｔを一定速度でシート光Ｌによって走査させる指示を照射装置１０に出力する（ステップＳ３）。
Next, the operation of the three-dimensional position specifying device 1 according to this embodiment will be described.
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the three-dimensional position specifying apparatus according to the first embodiment.
When a user inputs a three-dimensional position specifying start instruction to the three-dimensional position specifying device 1 via the input device 40, the exposure control unit 512 of the control device 50 outputs an instruction to start exposure to the imaging device 20. (Step S1). Thereby, the imaging device 20 starts exposure of the imaging element. Next, the irradiation control unit 511 outputs an instruction to modulate the sheet light L with a sine wave to the irradiation apparatus 10 (step S2). Next, the irradiation control unit 511 outputs an instruction to scan the object T with the sheet light L at a constant speed to the irradiation device 10 (step S3).
図４は、第１の実施形態に係る縞パタン画像の例を示す図である。
これにより、撮像装置２０は、図４に示すように、Ｙ軸方向に伸びる複数のラインが、正弦波状に輝度を変化させながらＸ軸方向に周期的に表れる縞パタン画像を撮像することができる。つまり、Ｘ軸は、ラインに直交する方向に伸びる軸である。また、Ｙ軸は、ラインに沿う方向に伸びる軸である。本実施形態によれば、縞パタン画像は、シート光Ｌの操作により得られるため、プロジェクタ等により縞パタン光を投影して得られる縞パタン画像と比較して輝度を高くすることができる。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a fringe pattern image according to the first embodiment.
Thereby, as shown in FIG. 4, the imaging device 20 can capture a fringe pattern image in which a plurality of lines extending in the Y-axis direction appear periodically in the X-axis direction while changing the luminance in a sine wave shape. . That is, the X axis is an axis extending in a direction perpendicular to the line. The Y axis is an axis extending in the direction along the line. According to the present embodiment, since the fringe pattern image is obtained by operating the sheet light L, the luminance can be increased as compared with the fringe pattern image obtained by projecting the fringe pattern light by a projector or the like.
次に、露光制御部５１２は、撮像装置２０に露光を終了させる指示を出力する（ステップＳ４）。次に、縞パタン画像取得部５１３は、撮像装置２０から縞パタン画像を取得し、画像記憶部５２１に記録する（ステップＳ５）。三次元位置特定装置１は、上記ステップＳ１からステップＳ５までの処理を、正弦波の位相をπ／２ずつ異ならせて実行する。つまり、三次元位置特定装置１は、０、π／２、π、３π／２の４つの位相について、縞パタン画像を取得する（ステップＳ６）。三次元位置特定装置１が、０、π／２、π、３π／２の４つの位相の縞パタン画像を取得すると、三次元位置特定部５１４は、得られた４つの縞パタン画像を用いて、位相シフト法に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定する（ステップＳ７）。三次元位置特定部５１４は、位相シフト法に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定することで、光切断法に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定する場合と比較して、三次元位置の特定に用いる画像の数を少なくすることができる。そして、三次元位置特定部５１４は、表示装置３０に対象物Ｔの三次元位置の特定結果を表示させる（ステップＳ８）。 Next, the exposure control unit 512 outputs an instruction to end the exposure to the imaging device 20 (step S4). Next, the fringe pattern image acquisition unit 513 acquires a fringe pattern image from the imaging device 20 and records it in the image storage unit 521 (step S5). The three-dimensional position specifying device 1 executes the processing from step S1 to step S5 by changing the phase of the sine wave by π / 2. That is, the three-dimensional position specifying device 1 acquires a fringe pattern image for four phases of 0, π / 2, π, and 3π / 2 (step S6). When the three-dimensional position specifying device 1 acquires four phase fringe pattern images of 0, π / 2, π, and 3π / 2, the three-dimensional position specifying unit 514 uses the obtained four fringe pattern images. Then, the three-dimensional position of the object T is specified based on the phase shift method (step S7). The three-dimensional position specifying unit 514 specifies the three-dimensional position of the object T based on the phase shift method, and thus, compared with the case where the three-dimensional position of the object T is specified based on the light cutting method, The number of images used for specifying the original position can be reduced. And the three-dimensional position specific | specification part 514 displays the specific result of the three-dimensional position of the target object T on the display apparatus 30 (step S8).
ここで、三次元位置特定部５１４による三次元位置の特定方法を説明する。
三次元位置特定部５１４は、得られた４つの縞パタン画像のうち、互いに位相がπだけシフトした画像のペアを特定する。例えば、三次元位置特定部５１４は、位相０の縞パタン画像と位相πの縞パタン画像とのペア、および位相π／２の縞パタン画像と位相３π／２の縞パタン画像とのペアを特定する。次に、三次元位置特定部５１４は、特定した画像のペアそれぞれについて、輝度の差をとった画像を生成する。これにより、縞パタン画像から輝度オフセットを除去することができる。次に、三次元位置特定部５１４は、輝度の差をとった２つの画像の輝度の比がタンジェントとなる角度を各画素について算出することで、各画素の絶対位相を算出する。このとき各画素のＹ座標は、シート光Ｌの幅方向についての対象物Ｔの位置を表す。また、特定された絶対位相は、シート光Ｌの走査方向についての対象物Ｔの位置を表す。そして三次元位置特定部５１４は、予め特定されている撮像装置２０の撮像角度および基線長と、特定した各画素の絶対位相とに基づいて、三角測量の原理に基づいて、対象物の奥行き方向の位置を特定する。
これにより、三次元位置特定部５１４は、対象物Ｔの三次元位置を特定することができる。
Here, a three-dimensional position specifying method by the three-dimensional position specifying unit 514 will be described.
The three-dimensional position specifying unit 514 specifies a pair of images whose phases are shifted by π from the obtained four stripe pattern images. For example, the three-dimensional position specifying unit 514 specifies a pair of a phase 0 stripe pattern image and a phase π stripe pattern image, and a phase π / 2 stripe pattern image and a phase 3π / 2 stripe pattern image. To do. Next, the three-dimensional position specifying unit 514 generates an image taking a difference in luminance for each specified pair of images. Thereby, the luminance offset can be removed from the fringe pattern image. Next, the three-dimensional position specifying unit 514 calculates the absolute phase of each pixel by calculating, for each pixel, an angle at which the ratio of the luminance of the two images taking the luminance difference becomes a tangent. At this time, the Y coordinate of each pixel represents the position of the object T in the width direction of the sheet light L. The specified absolute phase represents the position of the object T in the scanning direction of the sheet light L. The three-dimensional position specifying unit 514 then determines the depth direction of the object based on the principle of triangulation based on the imaging angle and baseline length of the imaging device 20 specified in advance and the absolute phase of each specified pixel. Specify the position of.
Thereby, the three-dimensional position specifying unit 514 can specify the three-dimensional position of the object T.
このように、本実施形態によれば、三次元位置特定装置１は、撮像装置２０が露光している間に、対象物Ｔに照射される光を変調させながら走査することで、複数のラインが周期的に現れる縞パタン画像を撮像装置２０に撮像させる。これにより、三次元位置特定装置１は、輝度が確保された縞パタン画像を生成することができる。また、三次元位置特定装置１は、当該縞パタン画像を用いて三次元位置を特定することで、光切断法により三次元位置を特定する場合と比較して短時間で三次元位置を特定することができる。 As described above, according to the present embodiment, the three-dimensional position specifying device 1 scans while modulating the light applied to the object T while the imaging device 20 is exposed, thereby obtaining a plurality of lines. Is caused to pick up an image of the fringe pattern image in which the image appears periodically. Thereby, the three-dimensional position specifying device 1 can generate a fringe pattern image in which luminance is ensured. Further, the three-dimensional position specifying device 1 specifies a three-dimensional position in a short time by specifying the three-dimensional position by using the fringe pattern image as compared with the case where the three-dimensional position is specified by the light cutting method. be able to.
《第２の実施形態》
第１の実施形態によれば、三次元位置特定装置１は、シート光Ｌを用いることで、縞パタン画像の生成のための光量を多くすることができる。他方、対象物Ｔとの距離が近い場合、または対象物Ｔの光の反射率が高い場合、シート光Ｌの光量が多すぎると縞パタン画像のラインに白飛びが生じる可能性がある。他方、シート光Ｌの光量が少なすぎると縞パタン画像に黒潰れが生じる可能性がある。
第２の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、白飛びおよび黒潰れが生じない縞パタン画像を生成し、当該縞パタン画像に基づいて三次元位置を特定する。
<< Second Embodiment >>
According to the first embodiment, the three-dimensional position specifying device 1 can increase the amount of light for generating a fringe pattern image by using the sheet light L. On the other hand, when the distance to the object T is short, or when the light reflectance of the object T is high, if the light amount of the sheet light L is too large, the fringe pattern image lines may be overexposed. On the other hand, if the light amount of the sheet light L is too small, the striped pattern image may be blackened.
The three-dimensional position specifying device 1 according to the second embodiment generates a fringe pattern image that does not cause overexposure and blackout, and specifies a three-dimensional position based on the fringe pattern image.
図５は、第２の実施形態に係る三次元位置特定装置の構成を示す概略ブロック図である。
第２の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、第１の実施形態の構成に加え、ＣＰＵ５１がさらに変調決定部５１５を備え、補助記憶装置５３にさらに変調情報記憶部５２２の記憶領域が確保されたものである。
変調決定部５１５は、シート光Ｌの変調に用いる正弦波の振幅を決定する。
変調情報記憶部５２２は、変調決定部５１５が決定した振幅を記憶する。
FIG. 5 is a schematic block diagram showing the configuration of the three-dimensional position specifying device according to the second embodiment.
In the three-dimensional position specifying apparatus 1 according to the second embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, the CPU 51 further includes a modulation determination unit 515, and the auxiliary storage device 53 further includes a storage area of the modulation information storage unit 522. It has been secured.
The modulation determining unit 515 determines the amplitude of the sine wave used for modulating the sheet light L.
The modulation information storage unit 522 stores the amplitude determined by the modulation determination unit 515.
次に、本実施形態に係る三次元位置特定装置１の動作について説明する。
図６は、第２の実施形態に係る三次元位置特定装置の動作を示すフローチャートである。
利用者が入力装置４０を介して三次元位置特定装置１に三次元位置の特定の開始指示を入力すると、制御装置５０の露光制御部５１２は、撮像装置２０に露光を開始する指示を出力する（ステップＳ１０１）。これにより撮像装置２０は、撮像素子の露光を開始する。次に、照射制御部５１１は対象物Ｔをシート光Ｌによって一定速度で走査させる指示を照射装置１０に出力する（ステップＳ１０２）。このとき、照射装置１０は、シート光Ｌを正弦波で変調しない。つまり照射装置１０は一定の強度のシート光Ｌを対象物Ｔに照射する。これにより、撮像装置２０は、ラインの表れない対象物Ｔの画像（素朴画像）を撮像することができる。素朴画像の各画素は、それぞれ撮像装置２０と当該画素に相当する部分との距離および当該画素に相当する部分の反射率に応じた輝度を有する。
Next, the operation of the three-dimensional position specifying device 1 according to this embodiment will be described.
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the three-dimensional position specifying device according to the second embodiment.
When a user inputs a three-dimensional position specifying start instruction to the three-dimensional position specifying device 1 via the input device 40, the exposure control unit 512 of the control device 50 outputs an instruction to start exposure to the imaging device 20. (Step S101). Thereby, the imaging device 20 starts exposure of the imaging element. Next, the irradiation control unit 511 outputs an instruction to scan the object T at a constant speed with the sheet light L to the irradiation apparatus 10 (step S102). At this time, the irradiation apparatus 10 does not modulate the sheet light L with a sine wave. That is, the irradiation apparatus 10 irradiates the object T with the sheet light L having a certain intensity. Thereby, the imaging device 20 can capture an image (simple image) of the target T where no line appears. Each pixel of the simple image has a luminance corresponding to the distance between the imaging device 20 and the portion corresponding to the pixel and the reflectance of the portion corresponding to the pixel.
露光制御部５１２は、撮像装置２０に露光を終了させる指示を出力する（ステップＳ１０３）。次に、変調決定部５１５は、撮像装置２０から素朴画像を取得し、画像記憶部５２１に記録する（ステップＳ１０４）。次に、変調決定部５１５は、画像記憶部５２１に記録した素朴画像を表示装置３０に表示させる（ステップＳ１０５）。そして変調決定部５１５は、表示装置３０に表示された素朴画像のうち、縞パタン画像にラインが現れる各領域について、三次元位置を正確に取得すべき部分の指定の入力を受け付ける（ステップＳ１０６）。 The exposure control unit 512 outputs an instruction to end the exposure to the imaging device 20 (step S103). Next, the modulation determining unit 515 acquires a naive image from the imaging device 20 and records it in the image storage unit 521 (step S104). Next, the modulation determining unit 515 causes the display device 30 to display the simple image recorded in the image storage unit 521 (step S105). Then, the modulation determining unit 515 receives input for designating a portion in which a three-dimensional position is to be accurately obtained for each region in which a line appears in the fringe pattern image in the naive image displayed on the display device 30 (step S106). .
図７は、三次元位置を正確に取得すべき部分の指定の入力画面の例を示す図である。
表示装置３０は、図７に示すように、画像記憶部５２１に記録された素朴画像を、縞パタン画像にラインが現れる領域ごとに分割して表示する。また表示装置３０は、入力装置４０の操作に応じてカーソル画像を表示する。利用者が入力装置４０の操作によって三次元位置を正確に取得すべき部分を選択すると、表示装置３０は、選択された座標に選択されたことを示す印（図７における「×」）を表示させる。変調決定部５１５は、各領域について三次元位置を正確に取得すべき部分が指定されると、入力の受け付けを終了する。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an input screen for designating a portion where a three-dimensional position is to be accurately acquired.
As shown in FIG. 7, the display device 30 divides and displays the simple image recorded in the image storage unit 521 for each region where a line appears in the fringe pattern image. The display device 30 displays a cursor image in accordance with the operation of the input device 40. When the user selects a portion for which the three-dimensional position is to be obtained accurately by operating the input device 40, the display device 30 displays a mark (“x” in FIG. 7) indicating that it has been selected at the selected coordinates. Let The modulation determination unit 515 ends the reception of the input when a portion for which the three-dimensional position is to be accurately acquired is designated for each region.
次に、変調決定部５１５は、各領域の選択された座標の輝度に基づいて、各領域を走査する際のシート光Ｌのピーク強度を決定する。つまり、変調決定部５１５は、シート光Ｌの変調に用いられる正弦波の振幅を決定する（ステップＳ１０７）。具体的には、変調決定部５１５は、選択された座標の輝度が低いほどシート光Ｌの強度を強くする。つまり、変調決定部５１５は、選択された座標の輝度が低いほど正弦波の振幅を大きくする。変調決定部５１５は、選択された座標の輝度が高いほどシート光Ｌの強度を弱くする。つまり、変調決定部５１５は、選択された座標の輝度が高いほど正弦波の振幅を小さくする。
変調決定部５１５は、各領域に対応する振幅を有する正弦波を示す変調情報を、変調情報記憶部５２２に記録する（ステップＳ１０８）。
Next, the modulation determination unit 515 determines the peak intensity of the sheet light L when scanning each region based on the luminance of the selected coordinates of each region. That is, the modulation determining unit 515 determines the amplitude of the sine wave used for modulating the sheet light L (step S107). Specifically, the modulation determination unit 515 increases the intensity of the sheet light L as the luminance of the selected coordinate is lower. That is, the modulation determination unit 515 increases the amplitude of the sine wave as the luminance of the selected coordinate is lower. The modulation determination unit 515 weakens the intensity of the sheet light L as the luminance of the selected coordinate is higher. That is, the modulation determination unit 515 decreases the amplitude of the sine wave as the luminance of the selected coordinate is higher.
The modulation determining unit 515 records modulation information indicating a sine wave having an amplitude corresponding to each region in the modulation information storage unit 522 (step S108).
次に、露光制御部５１２は、撮像装置２０に露光を開始する指示を出力する（ステップＳ１０９）。これにより撮像装置２０は、撮像素子の露光を開始する。次に、照射制御部５１１は、変調情報記憶部５２２から変調情報を読み出し、シート光Ｌを当該変調情報が示す正弦波で変調させる指示を照射装置１０に出力する（ステップＳ１１０）。次に、照射制御部５１１は、対象物Ｔを一定速度でシート光Ｌによって走査させる指示を照射装置１０に出力する（ステップＳ１１１）。 Next, the exposure control unit 512 outputs an instruction to start exposure to the imaging device 20 (step S109). Thereby, the imaging device 20 starts exposure of the imaging element. Next, the irradiation control unit 511 reads the modulation information from the modulation information storage unit 522, and outputs an instruction to modulate the sheet light L with the sine wave indicated by the modulation information to the irradiation apparatus 10 (step S110). Next, the irradiation control unit 511 outputs an instruction to scan the object T with the sheet light L at a constant speed to the irradiation apparatus 10 (step S111).
図８は、第２の実施形態に係る縞パタン画像の例を示す図である。
これにより、撮像装置２０は、図８に示すように、Ｙ軸方向に伸びる複数のラインが、正弦波状に輝度を変化させながらＸ軸方向に周期的に表れる縞パタン画像を撮像することができる。このとき、各ラインの輝度は、ステップＳ１０６で選択された座標の輝度に応じた値となる。例えば、図８に示す例では、ステップＳ１０６において図７に示すように中央の２列の領域について比較的輝度が高い部分が選択されているため、中央の２列の領域は、他の領域と比較してラインのピークの輝度が低くなっている。これにより、三次元位置特定装置１は、少なくとも三次元位置を正確に取得すべき部分について、白飛びおよび黒潰れが生じない縞パタン画像を取得することができる。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a fringe pattern image according to the second embodiment.
Thereby, as shown in FIG. 8, the imaging device 20 can capture a fringe pattern image in which a plurality of lines extending in the Y-axis direction appear periodically in the X-axis direction while changing the luminance in a sine wave shape. . At this time, the luminance of each line is a value corresponding to the luminance of the coordinates selected in step S106. For example, in the example shown in FIG. 8, since a portion having relatively high luminance is selected for the two central rows of regions as shown in FIG. 7 in step S <b> 106, the central two rows of regions are separated from other regions. In comparison, the luminance of the line peak is low. Thereby, the three-dimensional position specifying device 1 can acquire a fringe pattern image in which whiteout and blackout do not occur at least in a portion where the three-dimensional position is to be accurately acquired.
露光制御部５１２は、撮像装置２０に露光を終了させる指示を出力する（ステップＳ１１２）。次に、縞パタン画像取得部５１３は、撮像装置２０から縞パタン画像を取得し、画像記憶部５２１に記録する（ステップＳ１１３）。三次元位置特定装置１は、上記ステップＳ１０９からステップＳ１１３までの処理を、正弦波の位相をπ／２ずつ異ならせて実行する。つまり、三次元位置特定装置１は、０、π／２、π、３π／２の４つの位相について、縞パタン画像を取得する（ステップＳ１１４）。三次元位置特定装置１が、０、π／２、π、３π／２の４つの位相の縞パタン画像を取得すると、三次元位置特定部５１４は、得られた４つの縞パタン画像を用いて、位相シフト法に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定する（ステップＳ１１５）。三次元位置特定部５１４は、位相シフト法に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定することで、光切断法に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定する場合と比較して、三次元位置の特定に用いる画像の数を少なくすることができる。そして、三次元位置特定部５１４は、表示装置３０に対象物Ｔの三次元位置の特定結果を表示させる（ステップＳ１１６）。 The exposure control unit 512 outputs an instruction to end the exposure to the imaging device 20 (step S112). Next, the fringe pattern image acquisition unit 513 acquires a fringe pattern image from the imaging device 20 and records it in the image storage unit 521 (step S113). The three-dimensional position specifying device 1 executes the processing from step S109 to step S113 by changing the phase of the sine wave by π / 2. That is, the three-dimensional position specifying device 1 acquires a fringe pattern image for four phases of 0, π / 2, π, and 3π / 2 (step S114). When the three-dimensional position specifying device 1 acquires four phase fringe pattern images of 0, π / 2, π, and 3π / 2, the three-dimensional position specifying unit 514 uses the obtained four fringe pattern images. Then, the three-dimensional position of the object T is specified based on the phase shift method (step S115). The three-dimensional position specifying unit 514 specifies the three-dimensional position of the object T based on the phase shift method, and thus, compared with the case where the three-dimensional position of the object T is specified based on the light cutting method, The number of images used for specifying the original position can be reduced. And the three-dimensional position specific | specification part 514 displays the specific result of the three-dimensional position of the target object T on the display apparatus 30 (step S116).
このように、本実施形態によれば、三次元位置特定装置１は、一部のラインの形成のために照射される光のピーク強度を、他のラインの形成のために照射される光のピーク強度と異ならせる。具体的には、三次元位置特定装置１は、撮像装置２０が露光している間に、対象物Ｔの各領域に照射される光のピーク強度を素朴画像の輝度に応じて異ならせることで、異なる輝度のラインが現れる縞パタン画像を撮像装置２０に撮像させる。これにより、三次元位置特定装置１は、白飛びおよび黒潰れが生じない縞パタン画像を取得することができる。 As described above, according to the present embodiment, the three-dimensional position specifying apparatus 1 determines the peak intensity of the light irradiated for forming some lines and the light intensity irradiated for forming other lines. Different from peak intensity. Specifically, the three-dimensional position specifying device 1 varies the peak intensity of light applied to each region of the target T according to the brightness of the naive image while the imaging device 20 is exposed. Then, the fringe pattern image in which lines having different luminance appear is imaged by the imaging device 20. Thereby, the three-dimensional position specifying device 1 can acquire a fringe pattern image in which whiteout and blackout do not occur.
《第３の実施形態》
第３の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、第２の実施形態と同様に、白飛びおよび黒潰れが生じない縞パタン画像を生成する三次元位置特定装置１である。
第３の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、第２の実施形態と変調決定部５１５および照射制御部５１１の動作が異なる。
変調決定部５１５は、シート光Ｌの走査速度および変調に用いる正弦波の周期を決定する。
照射制御部５１１は、変調決定部５１５が決定した走査速度で、変調決定部５１５が決定した周期の正弦波で変調したシート光Ｌを走査させる。
<< Third Embodiment >>
Similar to the second embodiment, the three-dimensional position specifying device 1 according to the third embodiment is a three-dimensional position specifying device 1 that generates a fringe pattern image that does not cause whiteout or blackout.
The three-dimensional position specifying apparatus 1 according to the third embodiment is different from the second embodiment in the operations of the modulation determining unit 515 and the irradiation control unit 511.
The modulation determination unit 515 determines the scanning speed of the sheet light L and the period of the sine wave used for modulation.
The irradiation control unit 511 scans the sheet light L modulated with a sine wave having a cycle determined by the modulation determining unit 515 at the scanning speed determined by the modulation determining unit 515.
次に、本実施形態に係る三次元位置特定装置１の動作について説明する。
図９は、第２の実施形態に係る三次元位置特定装置の動作を示すフローチャートである。
利用者が入力装置４０を介して三次元位置特定装置１に三次元位置の特定の開始指示を入力すると、制御装置５０の露光制御部５１２は、撮像装置２０に露光を開始する指示を出力する（ステップＳ２０１）。これにより撮像装置２０は、撮像素子の露光を開始する。次に、照射制御部５１１は対象物Ｔをシート光Ｌによって一定速度で走査させる指示を照射装置１０に出力する（ステップＳ２０２）。これにより、撮像装置２０は、素朴画像を撮像する。
Next, the operation of the three-dimensional position specifying device 1 according to this embodiment will be described.
FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the three-dimensional position specifying device according to the second embodiment.
When a user inputs a three-dimensional position specifying start instruction to the three-dimensional position specifying device 1 via the input device 40, the exposure control unit 512 of the control device 50 outputs an instruction to start exposure to the imaging device 20. (Step S201). Thereby, the imaging device 20 starts exposure of the imaging element. Next, the irradiation control unit 511 outputs an instruction to scan the object T at a constant speed with the sheet light L to the irradiation apparatus 10 (step S202). Thereby, the imaging device 20 images a simple image.
露光制御部５１２は、撮像装置２０に露光を終了させる指示を出力する（ステップＳ２０３）。次に、変調決定部５１５は、撮像装置２０から素朴画像を取得し、画像記憶部５２１に記録する（ステップＳ２０４）。次に、変調決定部５１５は、画像記憶部５２１に記録した素朴画像を表示装置３０に表示させる（ステップＳ２０５）。そして変調決定部５１５は、表示装置３０に表示された素朴画像のうち、縞パタン画像にラインが現れる各領域について、三次元位置を正確に取得すべき部分の指定の入力を受け付ける（ステップＳ２０６）。 The exposure control unit 512 outputs an instruction to end the exposure to the imaging device 20 (step S203). Next, the modulation determination unit 515 acquires a naive image from the imaging device 20 and records it in the image storage unit 521 (step S204). Next, the modulation determination unit 515 causes the display device 30 to display the simple image recorded in the image storage unit 521 (step S205). Then, the modulation determination unit 515 receives an input for designating a portion where a three-dimensional position should be accurately obtained for each region where a line appears in the fringe pattern image of the naive image displayed on the display device 30 (step S206). .
次に、変調決定部５１５は、各領域の選択された座標の輝度に基づいて、各領域を走査する際のシート光Ｌの走査速度を決定する。つまり、変調決定部５１５は、各領域に対する単位面積あたりのシート光Ｌの照射時間を決定する（ステップＳ２０７）。具体的には、変調決定部５１５は、選択された座標の輝度が低いほど走査速度を遅くする。つまり、変調決定部５１５は、選択された座標の輝度が低いほど単位面積あたりのシート光Ｌの照射時間を長くする。変調決定部５１５は、選択された座標の輝度が高いほど走査速度を速くする。つまり、変調決定部５１５は、選択された座標の輝度が高いほど単位面積当たりのシート光Ｌの照射時間を短くする。
また変調決定部５１５は、シート光Ｌの走査速度に基づいて、シート光Ｌの各領域に対する周期を決定する（ステップＳ２０８）。具体的には、変調決定部５１５は、各領域の周期を、領域の幅（Ｘ軸方向の長さ）をシート光Ｌの走査速度で除算して得られる時間に決定する。これにより、縞パタン画像に表れる各ラインの幅は等しくなる。
変調決定部５１５は、各領域に対応する振幅を有する正弦波を示す変調情報を、変調情報記憶部５２２に記録する（ステップＳ２０９）。
Next, the modulation determination unit 515 determines the scanning speed of the sheet light L when scanning each region based on the luminance of the selected coordinates of each region. That is, the modulation determining unit 515 determines the irradiation time of the sheet light L per unit area for each region (step S207). Specifically, the modulation determination unit 515 slows the scanning speed as the brightness of the selected coordinate is lower. That is, the modulation determination unit 515 lengthens the irradiation time of the sheet light L per unit area as the luminance of the selected coordinate is lower. The modulation determination unit 515 increases the scanning speed as the luminance of the selected coordinate is higher. That is, the modulation determining unit 515 shortens the irradiation time of the sheet light L per unit area as the luminance of the selected coordinate is higher.
Further, the modulation determining unit 515 determines the period for each region of the sheet light L based on the scanning speed of the sheet light L (step S208). Specifically, the modulation determination unit 515 determines the period of each region as a time obtained by dividing the width of the region (the length in the X-axis direction) by the scanning speed of the sheet light L. As a result, the widths of the lines appearing in the fringe pattern image are equal.
The modulation determination unit 515 records modulation information indicating a sine wave having an amplitude corresponding to each region in the modulation information storage unit 522 (step S209).
次に、露光制御部５１２は、撮像装置２０に露光を開始する指示を出力する（ステップＳ２１０）。これにより撮像装置２０は、撮像素子の露光を開始する。次に、照射制御部５１１は、変調情報記憶部５２２から変調情報を読み出し、シート光Ｌを当該変調情報が示す正弦波で変調させる指示を照射装置１０に出力する（ステップＳ２１１）。次に、照射制御部５１１は、対象物Ｔを変調情報が示す走査速度でシート光Ｌによって走査させる指示を照射装置１０に出力する（ステップＳ２１２）。これにより、三次元位置特定装置１は、第2の実施形態と同様に、図8に示すような縞パタン画像を取得することができる。 Next, the exposure control unit 512 outputs an instruction to start exposure to the imaging device 20 (step S210). Thereby, the imaging device 20 starts exposure of the imaging element. Next, the irradiation control unit 511 reads the modulation information from the modulation information storage unit 522, and outputs an instruction to modulate the sheet light L with a sine wave indicated by the modulation information to the irradiation apparatus 10 (step S211). Next, the irradiation control unit 511 outputs an instruction to scan the object T with the sheet light L at the scanning speed indicated by the modulation information to the irradiation apparatus 10 (step S212). Thereby, the three-dimensional position specifying device 1 can acquire a fringe pattern image as shown in FIG. 8 as in the second embodiment.
露光制御部５１２は、撮像装置２０に露光を終了させる指示を出力する（ステップＳ２１３）。次に、縞パタン画像取得部５１３は、撮像装置２０から縞パタン画像を取得し、画像記憶部５２１に記録する（ステップＳ２１４）。三次元位置特定装置１は、上記ステップＳ２１０からステップＳ２１４までの処理を、正弦波の位相をπ／２ずつ異ならせて実行する。つまり、三次元位置特定装置１は、０、π／２、π、３π／２の４つの位相について、縞パタン画像を取得する（ステップＳ２１５）。三次元位置特定装置１が、０、π／２、π、３π／２の４つの位相の縞パタン画像を取得すると、三次元位置特定部５１４は、得られた４つの縞パタン画像を用いて、位相シフト法に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定する（ステップＳ２１６）。位相シフト法によれば、輝度のオフセットを除去することができるため、領域ごとに輝度が異なる縞パタン画像を用いても、精度よく対象物の三次元位置を特定することができる。そして、三次元位置特定部５１４は、表示装置３０に対象物Ｔの三次元位置の特定結果を表示させる（ステップＳ２１７）。 The exposure control unit 512 outputs an instruction to end the exposure to the imaging device 20 (step S213). Next, the fringe pattern image acquisition unit 513 acquires a fringe pattern image from the imaging device 20 and records it in the image storage unit 521 (step S214). The three-dimensional position specifying device 1 executes the processing from step S210 to step S214 with the phase of the sine wave different by π / 2. That is, the three-dimensional position specifying device 1 acquires a fringe pattern image for four phases of 0, π / 2, π, and 3π / 2 (step S215). When the three-dimensional position specifying device 1 acquires four phase fringe pattern images of 0, π / 2, π, and 3π / 2, the three-dimensional position specifying unit 514 uses the obtained four fringe pattern images. Then, the three-dimensional position of the object T is specified based on the phase shift method (step S216). According to the phase shift method, since the luminance offset can be removed, the three-dimensional position of the object can be specified with high accuracy even when a fringe pattern image having a different luminance for each region is used. And the three-dimensional position specific | specification part 514 displays the specific result of the three-dimensional position of the target object T on the display apparatus 30 (step S217).
このように、本実施形態によれば、三次元位置特定装置１は、縞パタン画像の一部のラインの形成のために照射される光の単位面積当たりの照射時間のを、他のラインの形成のために照射される光の単位面積当たりの光の照射時間と異ならせる。具体的には、三次元位置特定装置１は、撮像装置２０が露光している間に、対象物Ｔの各領域に照射される光の走査速度を素朴画像の輝度に応じて異ならせることで、異なる輝度のラインが現れる縞パタン画像を撮像装置２０に撮像させる。これにより、三次元位置特定装置１は、白飛びおよび黒潰れが生じない縞パタン画像を取得することができる。 As described above, according to the present embodiment, the three-dimensional position specifying device 1 calculates the irradiation time per unit area of the light irradiated for forming a part of the lines of the fringe pattern image of other lines. It is different from the light irradiation time per unit area of light irradiated for formation. Specifically, the three-dimensional position specifying device 1 varies the scanning speed of light applied to each region of the object T according to the brightness of the simple image while the imaging device 20 is exposing. Then, the fringe pattern image in which lines having different luminance appear is imaged by the imaging device 20. Thereby, the three-dimensional position specifying device 1 can acquire a fringe pattern image in which whiteout and blackout do not occur.
なお、本実施形態に係る三次元位置特定装置１は、シート光Ｌの走査速度を変更することによって、単位面積当たりのシート光Ｌの照射時間を異ならせるが、これに限られない。たとえば、他の実施形態では、三次元位置特定装置１が同じ速度でシート光Ｌの走査回数を異ならせることによって、単位面積当たりのシート光Ｌの照射時間を異ならせても良い。 Note that the three-dimensional position specifying apparatus 1 according to the present embodiment changes the irradiation time of the sheet light L per unit area by changing the scanning speed of the sheet light L, but is not limited thereto. For example, in another embodiment, the three-dimensional position specifying device 1 may vary the irradiation time of the sheet light L per unit area by varying the number of times the sheet light L is scanned at the same speed.
《第４の実施形態》
第３の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、シート光Ｌの走査速度及び正弦波の周期を制御することで、縞パタン画像の各ラインの輝度を異ならせるものである。これに対し、第４の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、シート光Ｌの走査速度のみを制御する。これにより、三次元位置特定装置１は、ラインの幅および輝度が異なる縞パタン画像を生成する。
<< Fourth Embodiment >>
The three-dimensional position specifying apparatus 1 according to the third embodiment controls the scanning speed of the sheet light L and the period of the sine wave to vary the luminance of each line of the fringe pattern image. On the other hand, the three-dimensional position specifying device 1 according to the fourth embodiment controls only the scanning speed of the sheet light L. Thereby, the three-dimensional position specifying device 1 generates a fringe pattern image having different line widths and luminances.
図１０は、第４の実施形態に係る縞パタン画像の例を示す図である。
図１０は、中央の２列の領域の走査速度を、他の領域の走査速度の２倍とした場合に得られる縞パタン画像の例である。図１０に示すように、中央の２列の領域は、他の領域と比較してラインのピークの輝度が低くなっている。他方、図１０に示すように、中央の２列の領域のラインの幅は、他の領域のラインの幅の２倍となっている。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a fringe pattern image according to the fourth embodiment.
FIG. 10 is an example of a fringe pattern image obtained when the scanning speed of the two regions in the center is set to twice the scanning speed of the other regions. As shown in FIG. 10, the brightness of the line peak is lower in the two regions in the center than in the other regions. On the other hand, as shown in FIG. 10, the width of the lines in the two central rows is twice the width of the lines in the other regions.
なお、本実施形態によれば、縞パタン画像のラインの幅が領域によって異なる。そのため、三次元位置特定部５１４は、同じ幅のラインを有する領域ごとに、位相シフト法に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定する。 According to the present embodiment, the line width of the fringe pattern image differs depending on the region. Therefore, the three-dimensional position specifying unit 514 specifies the three-dimensional position of the object T based on the phase shift method for each region having the same width line.
《第５の実施形態》
第２、第３、第４の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、素朴画像の輝度に基づいて各領域のシート光Ｌのピーク強度または走査速度を決定する。これに対し、第５の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、照射装置１０から対象物Ｔまでの距離に基づいて各領域のシート光Ｌのピーク強度または走査速度を決定する。
<< Fifth Embodiment >>
The three-dimensional position specifying device 1 according to the second, third, and fourth embodiments determines the peak intensity or scanning speed of the sheet light L in each region based on the luminance of the simple image. In contrast, the three-dimensional position specifying device 1 according to the fifth embodiment determines the peak intensity or scanning speed of the sheet light L in each region based on the distance from the irradiation device 10 to the target T.
本実施形態に係る変調決定部５１５は、利用者に対し、三次元位置を正確に取得すべき部分の入力を受け付ける処理に代えて、照射装置１０から対象物Ｔまでの距離に関する情報の入力を受け付ける。照射装置１０から対象物Ｔまでの距離に関する情報の例としては、対象物Ｔの三次元モデルデータ、対象物Ｔの設計データ、および予測される対象物Ｔの形状の情報などが挙げられる。また、照射装置１０から対象物Ｔまでの距離が短いほど素朴画像の輝度が高くなるため、対象物Ｔの素朴画像も照射装置１０から対象物Ｔまでの距離に関する情報の一例といえる。そして変調決定部５１５は、入力された情報に基づいて変調情報を生成する。
これにより、本実施形態に係る三次元位置特定装置１は、白飛びおよび黒潰れが生じない縞パタン画像を生成し、当該縞パタン画像に基づいて三次元位置を特定することができる。
The modulation determination unit 515 according to the present embodiment inputs information regarding the distance from the irradiation apparatus 10 to the target T, instead of processing for receiving an input of a portion where the three-dimensional position is to be accurately acquired. Accept. Examples of information regarding the distance from the irradiation device 10 to the target T include three-dimensional model data of the target T, design data of the target T, and information on the shape of the predicted target T. In addition, since the brightness of the naive image increases as the distance from the irradiation device 10 to the object T becomes shorter, the naive image of the object T can be said to be an example of information related to the distance from the irradiation device 10 to the object T. Then, the modulation determining unit 515 generates modulation information based on the input information.
Thereby, the three-dimensional position specifying device 1 according to the present embodiment can generate a fringe pattern image that does not cause overexposure and blackout, and can specify a three-dimensional position based on the fringe pattern image.
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
上述した実施形態に係る三次元位置特定装置１は、縞パタン画像を撮像し、さらに当該縞パタン画像に基づいて対象物の三次元位置を特定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、縞パタン画像取得装置と三次元位置特定装置１とが別個に設けられ、縞パタン画像取得装置が縞パタン画像を撮像し、三次元位置特定装置１が、縞パタン画像取得装置が撮像した縞パタン画像に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定しても良い。
As described above, the embodiment has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to that described above, and various design changes and the like can be made.
Although the three-dimensional position specifying device 1 according to the above-described embodiment captures a fringe pattern image and further specifies the three-dimensional position of the object based on the fringe pattern image, the present invention is not limited to this. For example, in another embodiment, the fringe pattern image acquisition device and the three-dimensional position specifying device 1 are provided separately, the fringe pattern image acquisition device captures a fringe pattern image, and the three-dimensional position specifying device 1 The three-dimensional position of the target T may be specified based on the fringe pattern image captured by the image acquisition device.
上述した実施形態に係る三次元位置特定装置１は、シート光Ｌを一方向に走査させることで縞パタン画像を取得するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、レーザ光による光点をラスタスキャンさせることで縞パタン画像を取得しても良い。 The three-dimensional position specifying device 1 according to the above-described embodiment acquires a fringe pattern image by scanning the sheet light L in one direction, but is not limited thereto. For example, the three-dimensional position specifying device 1 according to another embodiment may acquire a fringe pattern image by raster scanning a light spot by a laser beam.
上述した実施形態に係る三次元位置特定装置１は、正弦波で変調したシート光Ｌを操作することで縞パタン画像を取得し、位相シフト法に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、矩形波で変調したシート光Ｌを操作することで、明部と暗部が交互に表れる縞パタン画像を取得し、当該縞パタン画像から対象物Ｔの三次元位置を特定しても良い。 The three-dimensional position specifying device 1 according to the embodiment described above acquires a fringe pattern image by operating the sheet light L modulated with a sine wave, and specifies the three-dimensional position of the target T based on the phase shift method. However, it is not limited to this. For example, in another embodiment, by operating the sheet light L modulated with a rectangular wave, a fringe pattern image in which bright and dark portions appear alternately is obtained, and the three-dimensional position of the object T is determined from the fringe pattern image. You may specify.
第２の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、シート光Ｌのピーク強度を異ならせるにより、輝度の異なる縞パタン画像を生成する。また第３の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、シート光Ｌの走査速度および周期を異ならせるにより、輝度の異なる縞パタン画像を生成する。他方、他の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、シート光Ｌのピーク強度と走査速度および周期との両方を異ならせることにより、縞パタン画像を生成しても良い。 The three-dimensional position specifying device 1 according to the second embodiment generates fringe pattern images having different luminances by changing the peak intensity of the sheet light L. In addition, the three-dimensional position specifying device 1 according to the third embodiment generates fringe pattern images having different luminances by changing the scanning speed and cycle of the sheet light L. On the other hand, the three-dimensional position specifying device 1 according to another embodiment may generate a fringe pattern image by changing both the peak intensity of the sheet light L, the scanning speed, and the period.
また、第２、第３、第４の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、入力装置４０を介して利用者から指定された座標の輝度の基づいて各領域のシート光Ｌのピーク強度または走査速度を決定するが、これに限られない。例えば他の実施形態では、各領域の画素のうち、輝度が最も高いものまたは輝度が最も低いもの、もしくは各領域の全画素の輝度の平均値に基づいて、各領域のシート光Ｌのピーク強度または走査速度を決定しても良い。 In addition, the three-dimensional position specifying device 1 according to the second, third, and fourth embodiments is configured so that the peak intensity of the sheet light L in each region is based on the luminance of coordinates specified by the user via the input device 40. Alternatively, the scanning speed is determined, but is not limited thereto. For example, in another embodiment, the peak intensity of the sheet light L in each region is based on the highest or lowest luminance among the pixels in each region, or based on the average value of the luminances of all the pixels in each region. Alternatively, the scanning speed may be determined.
なお、少なくとも１つの実施形態において、補助記憶装置５３は、一時的でない有形の媒体の一例である。一時的でない有形の媒体の他の例としては、インタフェース５４を介して接続される磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等が挙げられる。また、このプログラムが通信回線によって制御装置５０に配信される場合、配信を受けた制御装置５０が当該プログラムを主記憶装置５２に展開し、上記処理を実行しても良い。 In at least one embodiment, the auxiliary storage device 53 is an example of a tangible medium that is not temporary. Other examples of the non-temporary tangible medium include a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, and a semiconductor memory connected via the interface 54. When this program is distributed to the control device 50 via a communication line, the control device 50 that has received the distribution may develop the program in the main storage device 52 and execute the above processing.
また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、当該プログラムは、前述した機能を補助記憶装置５３に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。 The program may be for realizing a part of the functions described above. Further, the program may be a so-called difference file (difference program) that realizes the above-described function in combination with another program already stored in the auxiliary storage device 53.
１ 三次元位置特定装置
１０ 照射装置
２０ 撮像装置
３０ 表示装置
４０ 入力装置
５０ 制御装置
５１１ 照射制御部
５１２ 露光制御部
５１３ 縞パタン画像取得部
５１４ 三次元位置特定部
５２１ 画像記憶部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Three-dimensional position identification apparatus 10 Irradiation apparatus 20 Imaging apparatus 30 Display apparatus 40 Input apparatus 50 Control apparatus 511 Irradiation control part 512 Exposure control part 513 Stripe pattern image acquisition part 514 Three-dimensional position specification part 521 Image storage part
Claims (10)
前記対象物に照射する光を走査する照射装置と、
前記照射装置を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記撮像装置が露光している間に、前記照射装置に、光の強度および光の単位面積当たりの照射時間を変えずに走査させて素朴画像を前記撮像装置に撮像させるステップと、
前記素朴画像のうち、前記照射装置が光の強度または光の単位面積当たりの照射時間を変調させながら走査した場合に得られる縞パタン画像にラインが現れる各領域の輝度に基づいて、前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間を決定するステップと、
前記撮像装置が露光している間に、決定した前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間に基づいて光を変調させながら走査させることで、前記縞パタン画像を前記撮像装置に撮像させるステップと
を実行する
縞パタン画像取得装置。 An imaging device for imaging an object;
An irradiation device that scans light applied to the object;
A control device for controlling the irradiation device;
With
The controller is
While the imaging device is exposing, causing the irradiating device to scan without changing the light intensity and the irradiation time per unit area of the light and causing the imaging device to capture a simple image;
Based on the brightness of each region where lines appear in a fringe pattern image obtained when the irradiation device scans while modulating the light intensity or the irradiation time per unit area of light among the naive images. Determining intensity or irradiation time per unit area of the light;
While the imaging device is exposed, in Rukoto is scanned while modulating light based on the irradiation time per unit area of the determined said light intensity or the light, the fringe pattern image on the imaging device Execute the step to capture and
Striped pattern image acquisition device.
請求項１に記載の縞パタン画像取得装置。 The control device uses at least one of a peak intensity of light irradiated for forming a part of lines of the fringe pattern image and an irradiation time per unit area, and light irradiated for forming other lines. The fringe pattern image acquisition device according to claim 1, wherein the fringe pattern image acquisition device is different from at least one of the peak intensity and the irradiation time of light per unit area.
請求項１または請求項２に記載の縞パタン画像取得装置。 The said control apparatus modulates at least one of the intensity | strength of the light irradiated to the said object, and the irradiation time per unit area according to the intensity | strength of the reflected light of the light irradiated to the said object. Item 3. The fringe pattern image acquisition device according to Item 2.
請求項１または請求項２に記載の縞パタン画像取得装置。 The control device modulates at least one of the intensity of light applied to the object and the irradiation time per unit area according to a distance from the irradiation device or the imaging device to the object. The fringe pattern image acquisition apparatus according to claim 2.
前記制御装置は、前記入力装置を介して指定された前記部分に基づいて、前記対象物に照射される光の強度および単位面積当たりの照射時間の少なくとも一方を変調させる
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の縞パタン画像取得装置。 An input device for receiving an input of designation of the part of the object;
The said control apparatus modulates at least one of the intensity | strength of the light irradiated to the said target object, and the irradiation time per unit area based on the said part designated via the said input device. The fringe pattern image acquisition device according to any one of the above.
前記縞パタン画像取得装置が取得した縞パタン画像に基づいて対象物の三次元位置を特定する三次元位置特定部と
を備える三次元位置特定装置。 The fringe pattern image acquisition device according to any one of claims 1 to 5,
A three-dimensional position specifying apparatus, comprising: a three-dimensional position specifying unit that specifies a three-dimensional position of an object based on a stripe pattern image acquired by the stripe pattern image acquiring apparatus.
前記素朴画像のうち、前記照射装置が光の強度または光の単位面積当たりの照射時間を変調させながら走査した場合に得られる縞パタン画像にラインが現れる各領域の輝度に基づいて、前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間を決定するステップと、
前記撮像装置が露光している間、決定した前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間に基づいて光を変調させながら走査させることで、前記縞パタン画像を前記撮像装置に撮像させるステップと
を有する縞パタン画像取得方法。 While the imaging device that captures the object is exposed, the imaging device that scans the light that irradiates the object is scanned without changing the light intensity and the irradiation time per unit area of the light, and the imaging Causing the device to capture a naive image;
Based on the brightness of each region where lines appear in a fringe pattern image obtained when the irradiation device scans while modulating the light intensity or the irradiation time per unit area of light among the naive images. Determining intensity or irradiation time per unit area of the light;
Imaging while, at Rukoto is scanned while modulating light based on the irradiation time per unit area of the determined said light intensity or the light, the fringe pattern image on the imaging device, wherein the imaging device is exposed fringe pattern image acquiring method comprising the steps of causing.
を有する三次元位置特定方法。 A three-dimensional position specifying method, comprising: a three-dimensional position specifying step for specifying a three-dimensional position of an object based on the stripe pattern image acquired by the stripe pattern image acquiring method according to claim 7.
対象物を撮像する撮像装置が露光している間、前記対象物に照射する光を走査する照射装置に、光の強度および光の単位面積当たりの照射時間を変えずに走査させて、前記撮像装置に素朴画像を撮像させるステップと、
前記素朴画像のうち、前記照射装置が光の強度または光の単位面積当たりの照射時間を変調させながら走査した場合に得られる縞パタン画像にラインが現れる各領域の輝度に基づいて、前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間を決定するステップと、
前記撮像装置が露光している間、決定した前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間に基づいて光を変調させながら走査させることで、前記縞パタン画像を前記撮像装置に撮像させるステップと
を実行させるためのプログラム。 On the computer,
While the imaging device that captures the object is exposed, the imaging device that scans the light that irradiates the object is scanned without changing the light intensity and the irradiation time per unit area of the light, and the imaging Causing the device to capture a naive image;
Based on the brightness of each region where lines appear in a fringe pattern image obtained when the irradiation device scans while modulating the light intensity or the irradiation time per unit area of light among the naive images. Determining intensity or irradiation time per unit area of the light;
While the image capturing apparatus is exposed, the image capturing apparatus captures the fringe pattern image by scanning while modulating the light based on the determined light intensity or the irradiation time per unit area of the light. Step and
A program for running
前記撮像装置が取得した前記縞パタン画像に基づいて前記対象物の三次元位置を特定するステップ
を実行させるための請求項９に記載のプログラム。 The computer, identifying the three-dimensional position of the object based on the fringe pattern images further the imaging device is acquired
The program of Claim 9 for performing .
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