JP6602741B2

JP6602741B2 - ３次元外形情報検知システム及び検知方法

Info

Publication number: JP6602741B2
Application number: JP2016214065A
Authority: JP
Inventors: 鏗又王
Original assignee: Leadot Innovation Inc
Current assignee: Leadot Innovation Inc
Priority date: 2015-11-04
Filing date: 2016-11-01
Publication date: 2019-11-06
Anticipated expiration: 2036-11-01
Also published as: JP2017090447A; TWI583918B; EP3166076A1; US20170124716A1; US10721455B2; TW201716743A; CN106657968A

Description

本発明は、３次元外形情報検知システム及び検知方法に関し、特に、３次元外形情報検知システムと、異なる焦点距離において取り込まれる複数の２次元画像に従って３次元外形情報（ｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｏｕｔｌｉｎｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を取得することができる検知方法とに関する。

３Ｄスキャナは、現実世界における周囲又は物体の形状を検知及び分析するための装置である。３Ｄスキャナによって収集されるデータは、現実の物体のデジタルモデルを作り上げるために、３次元再構築を行うように使用される。３Ｄスキャナは、さまざまな検知技術に従って実現され得る。各技術は、制限、利点及び欠点を有する。一般的に、接触型３Ｄスキャナと、非接触型３Ｄスキャナとがある。接触型３Ｄスキャナは、物体の表面に実際に接触することによって物体の形状を特定する。非接触型３Ｄスキャナは、物体に対してエネルギーを投射し、物体によって反射されるエネルギーを受信することによって、物体の３次元外形情報を取得する。投射されたエネルギーは、可視光、高エネルギービーム超音波又はＸ線でよい。

しかし、従来技術の３Ｄスキャナの費用は非常に高く、従来技術の３Ｄスキャナでは、現実の物体の３次元デジタルモデルを作り上げるために、物体をスキャンするのに多くの時間がかかってしまう。従って、従来技術の３Ｄスキャナの効率は低い。

本発明は、可変焦点画像取込装置及び処理ユニットを含む３次元外形情報検知システムを提供する。可変焦点画像取込装置は、複数の焦点距離における物体の複数の２次元画像を連続的に取り込むように構成されている。処理ユニットは、複数の２次元画像の焦点が合っていない部分を除去し、かつ、複数の２次元画像の焦点が合っている部分を保持し、複数の２次元画像の対応する焦点距離に従って、複数の２次元画像の焦点が合っている部分を積み重ねることによって、物体の３次元外形情報を取得するように構成されている。

本発明は、可変焦点画像取込装置を使用することによって、複数の焦点距離における物体の複数の２次元画像を連続的に取り込む工程と；複数の２次元画像の焦点が合っていない部分を除去し、かつ、複数の２次元画像の焦点が合っている部分を保持する工程と；複数の２次元画像の対応する焦点距離に従って、複数の２次元画像の焦点が合っている部分を積み重ねることによって、物体の３次元外形情報を取得する工程とを含む、３次元外形情報検知方法を更に提供する。

本発明の上記及びその他の目的が、種々の図形及び図面に図示される好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読むと、当業者に明白なことは言うまでもない。

図１は、本発明の第１の実施形態に従った、３次元外形情報検知システムを示す図である。図２は、物体の３次元外形情報を検知する、図１の３次元外形情報検知システムを示す図である。図３は、本発明の第２の実施形態に従った、３次元外形情報検知システムを示す図である。図４は、本発明の３次元外形情報検知方法を示すフローチャートである。

図１を参照されたい。本発明の第１の実施形態に従った、３次元外形情報検知システムを示す図である。図１に示すように、本発明の３次元外形情報検知システム１００は、可変焦点画像取込装置１１０及び処理ユニット１２０を含む。可変焦点画像取込装置１１０は、複数の焦点距離における物体の複数の２次元画像を連続的に取り込むように構成されている。処理ユニット１２０は、可変焦点画像取込装置１１０によって取り込まれる複数の２次元画像を受信するために、可変焦点画像取込装置１１０に電気的に接続されている。処理ユニット１２０は、可変焦点画像取込装置１１０によって取り込まれる複数の２次元画像に従って、物体の３次元外形情報を取得するように構成されている。

図２を図１と併せて参照されたい。図２は、物体の３次元外形情報を検知する、図１の３次元外形情報検知システムを示す図である。図２に示すように、可変焦点画像取込装置１１０は、複数の焦点距離（例えば、焦点距離ｆ１〜ｆ１０）における物体３００の複数（例えば、１０個）の２次元画像を連続的に取り込むように構成されている。処理ユニット１２０が、可変焦点画像取込装置１１０によって取り込まれる複数の２次元画像を受信した後、処理ユニット１２０は、複数の２次元画像の焦点が合っていない部分を除去し、かつ、複数の２次元画像の焦点が合っている部分を保持し、更に、物体３００の複数の２次元画像の対応する焦点距離に従って、複数の２次元画像の焦点が合っている部分を積み重ねることによって、物体３００の３次元外形情報を取得するように構成されている。例えば、可変焦点画像取込装置１１０は、焦点距離ｆ１から焦点距離ｆ１０における物体３００の１０個の２次元画像を連続的に取り込むことができる。処理ユニット１２０は、次いで、２次元画像の焦点が合っていない部分を除去し、かつ、２次元画像の焦点が合っている部分Ａ１〜Ａ１０を保持し、更に、複数の２次元画像の対応する焦点距離間の焦点距離の比率に従って、複数の２次元画像の焦点が合っている部分Ａ１〜Ａ１０を積み重ねることによって、物体３００の３次元外形情報を取得する。従って、処理ユニット１２０は、物体３００の３次元デジタルモデル３００ａを作り出すことができる。３次元デジタルモデル３００ａが、異なる寸法の物体３００の現実の大きさの情報を含んでいなくても、３次元デジタルモデル３００ａは、物体３００のアスペクト比を更に提示することができる。

一方で、Ｚ軸方向に沿った可変焦点画像取込装置１１０とプラットフォーム３１０（又は物体３００の底部）との間の距離Ｄ１が分かれば、処理ユニット１２０は、物体３００の他の焦点が合っている部分Ａ１〜Ａ１０と、カメライメージング原理に従ったＺ軸方向に沿った可変焦点画像取込装置１１０との間の距離Ｄ２〜Ｄ１０を更に計算することができる。従って、３次元外形情報は、Ｚ軸方向に沿った物体３００の現実の寸法の情報を含むことができる。

また、処理ユニット１２０は、基準尺（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｃａｌｅ）に従って、Ｘ軸及びＹ軸方向に沿った物体３００の焦点が合っている部分Ａ１〜Ａ１０の寸法を更に計算することができる。例えば、プラットフォーム３１０は、現実の大きさを示すために基準尺と共に配置されることができ、処理ユニット１２０は、三角法の公式（ｔｒｉｇｏｎｏｍｅｔｒｉｃｆｏｒｍｕｌａｓ）（又は、他の同様の公式）を使用して、２次元画像における焦点が合っている部分Ａ１〜Ａ１０間のサイズ比と、距離Ｄ１〜Ｄ１０と、プラットフォーム３１０における基準尺とに従って、Ｘ軸及びＹ軸方向に沿った物体３００の焦点が合っている部分Ａ１〜Ａ１０の寸法を計算することができる。

Ｘ軸及びＹ軸方向に沿った、焦点が合っている部分Ａ１〜Ａ１０の寸法及び距離Ｄ２〜Ｄ１０を取得した後、処理ユニット１２０は、現実の大きさの物体３００の３次元デジタルモジュールを更に作り上げるために、異なる寸法の物体３００の現実の大きさの情報を含む、物体３００の３次元外形情報を取得することができる。上記の実施形態において、可変焦点画像取込装置１１０がより多くの焦点距離における物体３００のより多くの２次元画像を取り込むことができ、それによって、より正確な３次元デジタルモデルを取得するために、処理ユニット１２０によって計算される、物体３００の３次元外形情報の解像度は、より高くなることができる。また、本発明の３次元外形情報検知システム１００は、より複雑な形状を有する物体に対して３次元検知を行うことができる。

一方で、可変焦点画像取込装置１１０は、物体３００の端部から始まる２次元画像を取り込むことに限定されない。可変焦点画像取込装置１１０はまた、物体３００の後方の位置から始まる２次元画像を取り込むこともできる。従って、物体３００及び周囲の３次元外形情報を取得することができる。

加えて、本発明の３次元外形情報検知システム１００は、物体３００の複数の２次元画像を保存するように構成されるストレージユニット１３０を更に含むことができる。従って、処理ユニット１２０は、可変焦点画像取込装置１１０を制御して２次元画像を取り込みながら、物体３００の３次元外形情報を同時に計算する必要はない。処理ユニット１２０は、ストレージユニット１３０に保存される２次元画像を連続して分析することによって、物体３００の３次元外形情報を取得することができる。従って、処理ユニット１２０計算能力に対する要件を更に減らすことができる。また、物体３００の３次元外形情報（及び、３次元モデル）は、更なる処理のために、ストレージユニット１３０内にも保存され得る。

一方で、処理ユニット１２０は、可変焦点画像取込装置１１０によって取り込まれる複数の２次元画像に従って、明視野画像データ（ｌｉｇｈｔｆｉｅｌｄｉｍａｇｅｄａｔａ）を生成することができる。処理ユニット１２０は、明視野画像データにおける対応する焦点距離における物体３００の焦点が合っている部分と、可変焦点画像取込装置１１０と物体３００との間の距離とに従って、物体の３次元外形情報を取得することができる。明視野画像データは、複数の２次元画像の極めて重要な情報を含み、複数の２次元画像の重複情報は、簡略化されるか、あるいは、消去される。従って、３次元外形情報を計算するための処理ユニット１２０のローディング（ｌｏａｄｉｎｇ）を低減することができる

図３を参照されたい。図３は、本発明の第２の実施形態に従った、３次元外形情報検知システムを示す図である。図３に示すように、本発明の３次元外形情報検知システム２００は、可変焦点画像取込装置１１０と物体との間の距離を測定するように構成される距離測定ユニット１４０を更に含む。上記の配置によると、３次元外形情報検知システム２００は、物体の３次元外形情報を検知するために物体から離れた所定の距離の位置に配置される必要はない。３次元外形情報検知システム２００は、距離測定ユニット１４０によって測定される距離に従って、非特定位置における物体の３次元外形情報を直接検知することができる。

図４を参照されたい。図４は、本発明の３次元外形情報検知方法を示すフローチャートである。本発明の３次元外形情報検知方法は、以下のステップを含む。

ステップ４１０：可変焦点画像取込装置を使用することによって、複数の焦点距離における物体の複数の２次元画像を連続的に取り込む。

ステップ４２０：複数の２次元画像の焦点が合っていない部分を除去し、かつ、複数の２次元画像の焦点が合っている部分を保持する。

ステップ４３０：複数の２次元画像の対応する焦点距離に従って、複数の２次元画像の焦点が合っている部分を積み重ねることによって、物体の３次元外形情報を取得する。

従来技術とは対照的に、３次元外形情報検知システム及び検知方法は、異なる焦点距離における複数の２次元画像に従って、物体の３次元外形情報を取得することができる。本発明は、物体の３次元デジタルモデルを作り出すために、可変焦点画像取込装置及び適切な処理ユニットを使用することによって、物体に対して３次元検知を行うことができる。従って、本発明の３次元外形情報検知システムは、より簡易な構造及びより高い３次元検知効率を有する。

当業者であれば、本発明の教示を維持しながら、装置及び方法の多くの変更及び代替が行われ得ることを容易に認識するであろう。従って、上記の開示は、添付した請求項の境界及び範囲（ｍｅｔｅｓａｎｄｂｏｕｎｄｓ）によってのみ限定されるものとして理解されるべきである。

１００３次元外形情報検知システム
１１０可変焦点画像取込装置
１２０処理ユニット
１３０ストレージユニット
１４０距離測定ユニット
２００３次元外形情報検知システム
３００物体
３００ａ３次元デジタルモデル
３１０プラットフォーム

Claims

３次元外形情報検知システムであって、
複数の焦点距離における物体の複数の２次元画像を連続的に取り込むように構成されている可変焦点画像取込装置と、
前記複数の２次元画像の焦点が合っていない部分を除去し、かつ、前記複数の２次元画像の焦点が合っている部分を保持し、前記可変焦点画像取込装置と前記物体の特定部分に焦点を合わせて２次元画像を取り込んだ箇所との間の距離を取得し、該取得した距離に基づいて、前記可変焦点画像取込装置から焦点が合わされた他の２次元画像までの距離を計算し、前記複数の２次元画像の前記焦点が合っている部分を前記取得した距離及び前記計算した距離に従って深さ方向に積み上げることによって、前記物体の３次元外形情報を取得するように構成されている、処理ユニットと、
を含む、
３次元外形情報検知システム。
前記可変焦点画像取込装置と前記物体との間の距離を測定するように構成されている、距離測定ユニットを含み、前記処理ユニットは、前記可変焦点画像取込装置と前記物体との間の前記距離と、前記複数の２次元画像の対応する焦点距離とに従って、前記複数の２次元画像の前記焦点が合っている部分を深さ方向に積み上げることによって、前記物体の前記３次元外形情報を取得するように構成されている、請求項１に記載の３次元外形情報検知システム。
前記物体の前記３次元外形情報及び／又は前記複数の２次元画像を保存するように構成されている、ストレージユニットを更に含む、請求項１に記載の３次元外形情報検知システム。
前記処理ユニットは、前記複数の２次元画像に従って、明視野画像データを生成するように更に構成され、前記処理ユニットは、前記明視野画像データにおける前記物体の対応する焦点距離の焦点が合っている部分と、前記可変焦点画像取込装置と前記物体との間の距離とに従って、前記物体の前記３次元外形情報を取得するように構成されている、請求項１に記載の３次元外形情報検知システム。
３次元外形情報検知方法であって、
可変焦点画像取込装置を使用することによって、複数の焦点距離における物体の複数の２次元画像を連続的に取り込む工程と、
前記複数の２次元画像の焦点が合っていない部分を除去し、かつ、前記複数の２次元画像の焦点が合っている部分を保持する工程と、
前記可変焦点画像取込装置と前記物体の特定部分に焦点を合わせて２次元画像を取り込んだ箇所との間の距離を取得する工程と、
該取得した距離に基づいて、前記可変焦点画像取込装置から焦点合わせを行った他の２次元画像までの距離を計算する工程と、
前記複数の２次元画像の前記焦点が合っている部分を前記取得した距離及び前記計算した距離に従って深さ方向に積み上げることによって、前記物体の３次元外形情報を取得する工程と、
を含む、
３次元外形情報検知方法。
前記可変焦点画像取込装置と前記物体との間の距離を測定する工程を含み、前記複数の２次元画像の前記焦点が合っている部分を前記取得した距離及び前記計算した距離に従って深さ方向に積み上げることによって、前記物体の前記３次元外形情報を取得する工程は、前記複数の２次元画像の前記対応する焦点距離と、前記可変焦点画像取込装置と前記物体との間の前記距離とに従って、前記複数の２次元画像の前記焦点が合っている部分を深さ方向に積み上げることによって、前記物体の前記３次元外形情報を取得する工程である、請求項５に記載の３次元外形情報検知方法。
前記物体の前記３次元外形情報及び／又は前記複数の２次元画像を保存する工程を更に含む、請求項５に記載の３次元外形情報検知方法。
前記複数の２次元画像に従って、明視野画像データを生成する工程を更に含み、前記複数の２次元画像の前記焦点が合っている部分を前記取得した距離及び前記計算した距離に従って深さ方向に積み上げることによって、前記物体の前記３次元外形情報を取得する工程は、前記明視野画像データにおける前記物体の対応する焦点距離の焦点が合っている部分と、前記可変焦点画像取込装置と前記物体との間の距離とに従って、前記３次元外形情報を取得する工程である、請求項５に記載の３次元外形情報検知方法。