JP7401024B2 - 三次元計測装置 - Google Patents
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Description
計測対象物(R)に対して所定の縞パターンを投影する投影部(20)と、
前記所定の縞パターンが投影された前記計測対象物を撮像する撮像部(30)と、
前記撮像部の撮像画像から求められる輝度情報を利用して位相シフト法により前記計測対象物の三次元形状を計測する計測部(40)と、
を備える三次元計測装置(10)であって、
前記投影部は、発光開始タイミング及び消灯開始タイミングのいずれかから発光終了及び消灯終了のいずれかまでの時間を異ならせるようにして前記所定の縞パターンを投影し、
前記撮像部は、受光した際に輝度変化のあった画素に対応して当該画素の位置が特定される二次元点データを含めたイベントデータを出力する撮像素子を備えて、前記撮像素子から出力されるイベントデータから前記撮像画像を生成し、
前記撮像素子は、明るくなる輝度変化の場合にプラス輝度変化のイベントデータを出力し、暗くなる輝度変化の場合にマイナス輝度変化のイベントデータを出力するように構成され、
前記計測部は、前記撮像画像における画素単位での前記プラス輝度変化と前記マイナス輝度変化とのいずれか一方のイベントデータの出力と他方のイベントデータの出力との時間差に基づいて、前記縞パターン情報を求めることを特徴とする。
計測対象物(R)に対して所定の縞パターンを投影する投影部(20)と、
前記所定の縞パターンが投影された前記計測対象物を撮像する撮像部(30)と、
前記撮像部の撮像画像から求められる縞パターン情報を利用して位相シフト法により前記計測対象物の三次元形状を計測する計測部(40)と、
を備える三次元計測装置(10)であって、
前記投影部は、計測開始のタイミングである発光開始及び消灯開始のいずれ
かから計測終了のタイミングである発光開始及び消灯開始のいずれまでの時間を異ならせるように前記所定の縞パターンを投影し、
前記撮像部は、受光した際に輝度変化のあった画素に対応して当該画素の位置が特定される二次元点データを含めたイベントデータを出力する撮像素子を備えて、前記撮像素子から出力されるイベントデータから前記撮像画像を生成し、
前記撮像素子は、明るくなる輝度変化の場合のプラス輝度変化のイベントデータと、暗くなる輝度変化の場合のマイナス輝度変化のイベントデータとの少なくともいずれかを出力するように構成され、
前記計測部は、前記撮像画像における画素単位での計測開始のタイミングである前記プラス輝度変化及び前記マイナス輝度変化のいずれか一方のイベントデータの出力と計測終了のタイミングである前記プラス輝度変化及び前記マイナス輝度変化のいずれか一方のイベントデータの出力との時間差に基づいて、前記縞パターン情報を求めることを特徴とする。
計測対象物(R)に対して所定の縞パターンを投影する投影部(20)と、
前記所定の縞パターンが投影された前記計測対象物を撮像する撮像部(30)と、
前記撮像部の撮像画像から求められる縞パターン情報を利用して位相シフト法により前記計測対象物の三次元形状を計測する計測部(40)と、
を備える三次元計測装置(10)であって、
前記投影部は、短パルス発光を利用して前記所定の縞パターンを投影し、
前記撮像部は、受光した際に輝度変化のあった画素に対応して当該画素の位置が特定される二次元点データを含めたイベントデータを出力する撮像素子を備えて、前記撮像素子から出力されるイベントデータから前記撮像画像を生成し、
前記計測部は、前記撮像画像における画素単位での前記イベントデータの前記単位時間当たりの出力回数に基づいて、前記縞パターン情報を求めることを特徴とする。
ここで、縞パターンが複数ある場合、縞番号ごとに発光開始タイミング若しくは消灯開始タイミングを異ならせるように所定の縞パターンを投影するようにしてもよい。この場合には、縞パターンの値を求めた画素が属する縞パターンの縞番号を、上記時間差を構成する最初のイベントデータの出力タイミングから特定することができる。このため、縞パターンの値を求めた画素が属する縞番号を特定するために複数種類のグレイコードパターンを別途投影する必要もないので、高速化の阻害要因となるグレイコードパターンの投影時間を削減することができる。したがって、縞番号を特定するためのグレイコードパターンを投影することなく、イベントデータを利用して計測対象物の三次元形状を計測することができる。縞番号毎にタイミングを揃えるのに、発光(もしくは消灯)の開始タイミングではなく、終了タイミングを揃えるようにしても、縞番号を特定することができる。
請求項3の発明では、投影部は、計測対象物に対して、発光若しくは消灯の少なくともいずれかの短パルスを利用して所定の縞パターンを投影する。撮像部は、受光した際に輝度変化のあった画素に対応して当該画素の位置が特定される二次元点データを含めたイベントデータを出力する撮像素子を備えて、撮像素子から出力されるイベントデータから撮像画像を生成する。そして、計測部は、撮像画像における画素単位でのイベントデータの出力回数に基づいて、縞パターンの情報を求める。
そして、縞パターンが複数ある場合には、縞番号ごとに発光開始タイミング若しくは消灯開始タイミングを異ならせるように所定の縞パターンを投影してもよい。その場合には、縞パターンを求めた画素が属する縞番号を、最初のイベントデータの出力タイミングから特定することができる。このため、縞パターンを求めた画素が属する縞番号を特定するために複数種類のグレイコードパターンを別途投影する必要もないので、高速化の阻害要因となるグレイコードパターンの投影時間を削減することができる。したがって、縞番号を特定するためのグレイコードパターンを投影することなく、イベントデータを利用して計測対象物の三次元形状を計測することができる。なお、縞番号の特定は、発光(もしくは消灯)の開始タイミングに代えて終了タイミングを揃えるようにしても可能である。
以下、本発明の三次元計測装置を具現化した第1実施形態について、図面を参照して説明する。
ここで、点(x,y)は、格子画像内の1点で、a(x,y)は、輝度振幅、b(x,y)は、背景輝度を示し、θ(x,y)は、n=0の格子の位相を示し、N個の格子画像の輝度値I(x,y,n)から求めたθ(x,y)に応じて点(x,y)までの距離zを測定することができる。
なお、図3の例では各縞毎に出力開始のタイミングをずらして何縞目のサイン波パターンであるかを特定しているが、出力終了のタイミングで何縞目のサイン波パターンであるかを特定するようにしてもよい。図14に示すように、例えば1縞目のサイン波パターンは複数ポイントの全てが30000マイクロ秒後に終了し、2縞目のサイン波パターンは複数ポイントの全てが30100マイクロ秒後に終了するように、100マイクロ秒ずつ終了タイミングをずらしてもよい。この場合、5縞目のサイン波パターンは、複数のポイントが全て30400マイクロ秒後に終了することとなる。図14では複数のポイントのうちの2ポイント(1縞目)か1ポイント(2縞目及び5縞目)のみ例示しているのは図3の例と同じである。
次に、本第2実施形態に係る三次元計測装置について、図面を参照して説明する。
〔第3実施形態〕
第3実施形態では、投影部20が単位時間内に複数回発光される短パルス発光の回数を利用して上記所定の縞パターンを投影する点が、上記第1実施形態や第2実施形態と主に異なる。したがって、第1実施形態と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
なお、一対のイベントデータの出力回数から輝度値を求めることに限らず、プラス輝度変化のイベントデータの出力回数からサイン波パターンを特定してもよいし、マイナス輝度変化のイベントデータの出力回数からサイン波パターンを求めてもよいのは、上述の通りである。
また、撮像部30に対する計測対象物Rの相対距離変化に応じて、イベントデータの単位時間当たりの出力回数に基づいて輝度情報を求める構成(本第3実施形態の特徴的構成)と、撮像画像における画素単位でのプラス輝度変化のイベントデータの出力とマイナス輝度変化のイベントデータの出力との時間差に基づいて輝度情報を求める構成(上記第1実施形態の特徴的構成)とを切り替えてもよい。
Claims (7)
- 計測対象物に対して所定の縞パターンを投影する投影部と、
前記所定の縞パターンが投影された前記計測対象物を撮像する撮像部と、
前記撮像部の撮像画像から求められる縞パターン情報を利用して位相シフト法により前記計測対象物の三次元形状を計測する計測部と、
を備える三次元計測装置であって、
前記投影部は、発光開始及び消灯開始のいずれかから発光終了及び消灯終了のいずれかまでの時間を異ならせるように前記所定の縞パターンを投影し、
前記撮像部は、受光した際に輝度変化のあった画素に対応して当該画素の位置が特定される二次元点データを含めたイベントデータを出力する撮像素子を備えて、前記撮像素子から出力されるイベントデータから前記撮像画像を生成し、
前記撮像素子は、明るくなる輝度変化の場合にプラス輝度変化のイベントデータを出力し、暗くなる輝度変化の場合にマイナス輝度変化のイベントデータを出力するように構成され、
前記計測部は、前記撮像画像における画素単位での前記プラス輝度変化及び前記マイナス輝度変化のいずれか一方のイベントデータの出力と他方のイベントデータの出力との時間差に基づいて、前記縞パターン情報を求めることを特徴とする三次元計測装置。 - 計測対象物に対して所定の縞パターンを投影する投影部と、
前記所定の縞パターンが投影された前記計測対象物を撮像する撮像部と、
前記撮像部の撮像画像から求められる縞パターン情報を利用して位相シフト法により前記計測対象物の三次元形状を計測する計測部と、
を備える三次元計測装置であって、
前記投影部は、計測開始のタイミングである発光開始及び消灯開始のいずれ
かから計測終了のタイミングである発光開始及び消灯開始のいずれまでの時間を異ならせるように前記所定の縞パターンを投影し、
前記撮像部は、受光した際に輝度変化のあった画素に対応して当該画素の位置が特定される二次元点データを含めたイベントデータを出力する撮像素子を備えて、前記撮像素子から出力されるイベントデータから前記撮像画像を生成し、
前記撮像素子は、明るくなる輝度変化の場合のプラス輝度変化のイベントデータと、暗くなる輝度変化の場合のマイナス輝度変化のイベントデータとの少なくともいずれかを出力するように構成され、
前記計測部は、前記撮像画像における画素単位での計測開始のタイミングである前記プラス輝度変化及び前記マイナス輝度変化のいずれか一方のイベントデータの出力と計測終了のタイミングである前記プラス輝度変化及び前記マイナス輝度変化のいずれか一方のイベントデータの出力との時間差に基づいて、前記縞パターン情報を求めることを特徴とする三次元計測装置。 - 計測対象物に対して所定の縞パターンを投影する投影部と、
前記所定の縞パターンが投影された前記計測対象物を撮像する撮像部と、
前記撮像部の撮像画像から求められる縞パターン情報を利用して位相シフト法により前記計測対象物の三次元形状を計測する計測部と、
を備える三次元計測装置であって、
前記投影部は、発光及び消灯の少なくともいずれかの短パルスを利用して前記所定の縞パターンを投影し、
前記撮像部は、受光した際に輝度変化のあった画素に対応して当該画素の位置が特定される二次元点データを含めたイベントデータを出力する撮像素子を備えて、前記撮像素子から出力されるイベントデータから前記撮像画像を生成し、
前記計測部は、前記撮像画像における画素単位での前記イベントデータの出力回数に基づいて、前記縞パターン情報を求めることを特徴とする三次元計測装置。 - 前記投影部は、前記短パルスの回数を利用して前記所定の縞パターンを投影する状態と単パルスの発光開始及び消灯開始のいずれかから発光終了及び消灯終了のいずれかまでの時間を利用して前記所定の縞パターンを投影する状態とを切り替え可能に構成され、
前記撮像素子は、明るくなる輝度変化の場合にプラス輝度変化のイベントデータを出力し、暗くなる輝度変化の場合にマイナス輝度変化のイベントデータを出力するように構成され、
前記計測部による前回の計測結果とより過去の計測結果との差に基づいて前記撮像部に対する前記計測対象物の相対距離変化が所定距離以上であるか否かについて判定する判定部を備え、
前記判定部により前記相対距離変化が前記所定距離未満であると判定されると、
前記投影部は、前記短パルスを利用して前記所定の縞パターンを投影し、
前記計測部は、前記撮像画像における画素単位での前記イベントデータの出力回数に基づいて、前記縞パターン情報を求め、
前記判定部により前記相対距離変化が前記所定距離以上であると判定されると、
前記投影部は、前記単パルスの発光開始及び消灯開始のいずれかから発光終了及び消灯終了のいずれかまでの時間を利用して前記所定の縞パターンを投影し、
前記計測部は、前記撮像画像における画素単位での前記プラス輝度変化のイベントデータの出力及び前記マイナス輝度変化のイベントデータの出力のいずれか一方と他方との時間差に基づいて、前記縞パターン情報を求めることを特徴とする請求項3に記載の三次元計測装置。 - 前記投影部は、前記短パルスの回数を利用して前記所定の縞パターンを投影する状態と計測開始のタイミングである発光開始及び消灯開始のいずれかから計測終了のタイミングである発光開始及び消灯開始のいずれかまでの時間を異ならせるようにして前記所定の縞パターンを投影する状態とを切り替え可能に構成され、
前記撮像素子は、明るくなる輝度変化の場合のプラス輝度変化イベントデータと暗くなる輝度変化の場合のマイナス輝度変化イベントデータとの少なくともいずれかを出力するように構成され、
前記計測部による前回の計測結果とより過去の計測結果との差に基づいて前記撮像部に対する前記計測対象物の相対距離変化が所定距離以上であるか否かについて判定する判定部を備え、
前記判定部により前記相対距離変化が前記所定距離未満であると判定されると、
前記投影部は、前記短パルスを利用して前記所定の縞パターンを投影し、
前記計測部は、前記撮像画像における画素単位での前記イベントデータの出力回数に基づいて、前記縞パターン情報を求め、
前記判定部により前記相対距離変化が前記所定距離以上であると判定されると、
前記投影部は、前記計測開始のタイミングから前記計測終了のタイミングまでの時間を異ならせるようにして前記所定の縞パターンを投影し、
前記計測部は、前記撮像画像における画素単位での前記プラス輝度変化イベントデータの出力及び前記マイナス輝度変化イベントデータの出力のいずれかによる前記計測開始のタイミングと前記プラス輝度変化イベントデータの出力及び前記マイナス輝度変化イベントデータの出力のいずれかによる前記計測終了のタイミングとの時間差に基づいて、前記縞パターン情報を求めることを特徴とする請求項3に記載の三次元計測装置。 - 前記縞パターンは縞番号の異なる複数の縞パターンであり、
前記投影部の、発光開始タイミング及び消灯開始タイミングのいずれかは、複数の縞パターンで互いに異なることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の三次元計測装置。 - 前記縞パターンは縞番号の異なる複数の縞パターンであり、
前記投影部の、発光終了タイミング及び消灯終了タイミングのいずれかは、複数の縞パターンで互いに異なることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の三次元計測装置。
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