JPH0452509A - Measuring method of three-dimensional shape - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、立体物の3次元形状情報の非接触計測による
3次元形状の測定方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring a three-dimensional shape of a three-dimensional object by non-contact measurement of three-dimensional shape information.
従来の技術
3次元形状を計測する手段は、接触式、非接触式に大別
されるが、接触式には、計測に長時間を要する、柔かい
測定物を正確に計測できない、表面データを密に採取す
ることが困難、などの欠点がある。このため、これらの
制約が少ない非接触式の計測法が種々考案されているが
、実用的に有効な手段として、光学的なスリット光投影
による光切断法が広く利用されている。Conventional Techniques Means for measuring three-dimensional shapes are broadly divided into contact and non-contact methods.Contact methods require a long time to measure, cannot accurately measure soft objects, and do not provide accurate surface data. There are disadvantages such as difficulty in collecting. For this reason, various non-contact measurement methods with few of these restrictions have been devised, but a light cutting method using optical slit light projection is widely used as a practically effective means.
第4図は、光切断法の原理を示したもので、第4図(a
)に示すように、スリット光投影機401により対象物
体の表面に、細い線状のスリット光402を投影し、そ
の像をテレビカメラ403などで撮像する。このとき、
対象物の表面の凹凸により生じた、スリット光の歪みを
カメラ像から抽出することにより、物体表面の3次元座
標情報を取得することができる。第4図(b)の物体上
の点Pの3次元位置座標は、スリット光投影機とカメラ
とを結ぶ基線長d、基線に対する投影角θ1、カメラ水
平角θpおよびカメラ像の仰角θtから、3角測量の原
理により求められる。Figure 4 shows the principle of the optical cutting method.
), a slit light projector 401 projects a thin linear slit light 402 onto the surface of a target object, and its image is captured by a television camera 403 or the like. At this time,
Three-dimensional coordinate information on the object surface can be obtained by extracting the distortion of the slit light caused by the unevenness of the object surface from the camera image. The three-dimensional positional coordinates of the point P on the object in FIG. 4(b) are determined from the base line length d connecting the slit light projector and the camera, the projection angle θ1 with respect to the base line, the camera horizontal angle θp, and the elevation angle θt of the camera image. It is determined by the principle of triangulation.
このような光切断法において、対象物体の表面上のあら
ゆる点についての3次元位置座標を知るには、たとえば
1本のスリット光を対象物体に対して、逐次走査してゆ
き、各走査位置でのスIJ ノド像を時系列に座標に変
換していけばよい。しかし、このようなスリット光の走
査には、走査手段を必要とするほか、データ集 に時間
を要する。In such a light sectioning method, in order to know the three-dimensional position coordinates of every point on the surface of a target object, for example, one slit beam is sequentially scanned over the target object, and the coordinates are calculated at each scanning position. All you have to do is convert the throat image into coordinates in time series. However, scanning with such a slit light requires a scanning means and also takes time to collect data.
そこで、スリット光の走査をすることなく静止系で一度
に3次元形状を計測できる、符号化パターン投影法が考
案されている。Therefore, a coded pattern projection method has been devised that can measure a three-dimensional shape at once in a stationary system without scanning with slit light.
複数のスリット光を一度に投影して同時に多点の形状デ
ータを取得するには、各スリット光を識別するための特
徴づけが必要となるが、これには、下記文献(1)、
(2)に示されるような、色符号化スリット光を用いる
方法が提案されている。In order to project multiple slit lights at once and obtain shape data of multiple points at the same time, it is necessary to characterize each slit light to identify them.
A method using color-encoded slit light as shown in (2) has been proposed.
(1)米沢、玉邑: ”符号化格子を用いた物体形状の
計測“、電子通信学会論文誌、J−61D、6゜pp、
411−418 (197B )(2)隔部、木材:
色符号化スリット光を用いた人間の顔の3次元形状計測
、電子情報通信学会論文誌、J−72D、 2. p
p、2081−2069第6図は、この方法における色
符号化スIJ 、 )の配列例を示したもので、1本の
スリット光は1色からなり、q色を使って特徴づけられ
ている。(1) Yonezawa, Tamura: “Measurement of object shape using encoded grids”, Transactions of the Institute of Electronics and Communication Engineers, J-61D, 6°pp,
411-418 (197B) (2) Septum, wood:
Three-dimensional shape measurement of human face using color-coded slit light, Journal of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, J-72D, 2. p
p, 2081-2069 Figure 6 shows an example of the arrangement of color coding strips IJ, ) in this method, where one slit light consists of one color and is characterized using q colors. .
このような色スリット光の隣接したに本の並び方から、
それらのスリット番号が一意的に決定できるように配色
がなされている。すなわち、k本の隣接するスリット光
の色の並び方は、全スIJ 、 )光中に、−度しか現
れないように符号化してあり、図示のように、#1、#
2、#3、・・・・・・・・・で示すに本ずつのスリッ
ト光の組は、左から順次付けたスリット番号と対応して
、ユニークに識別される色符号を形成している。From the way the books are lined up next to each other with colored slit lights like this,
The colors are arranged so that the slit numbers can be uniquely determined. That is, the arrangement of the colors of the k adjacent slit lights is encoded so that only -degrees appear in the total slit light, and as shown in the figure, #1, #
Each set of slit lights shown as 2, #3, etc. corresponds to the slit numbers assigned sequentially from the left and forms a uniquely identified color code. .
このような色符号化スリット法は、色数qもしくは符号
長kを増すことで、符号系列の最大炎、すなわち対象物
に投影できるスリットの総数を大きくとることができる
ので、測定座標の分解能を上げることができる点に特徴
がある。In this color coding slit method, by increasing the number of colors q or the code length k, the maximum flame of the code sequence, that is, the total number of slits that can be projected onto the object, can be increased, so the resolution of the measurement coordinates can be increased. It is unique in that it can be raised.
発明が解決しようとする課題
しかし、一方で色数を限定した場合、分解能を上げるた
めに符号長kを増すと、多数のスリット番号に対応づけ
るための複号化手続きが煩雑となって装置が複雑化し、
識別処理速度の低下や誤識別などを生じ易いという課題
があった。Problems to be Solved by the Invention However, when the number of colors is limited, if the code length k is increased in order to improve the resolution, the decoding procedure for associating many slit numbers becomes complicated and the device becomes difficult to solve. complicated,
There have been problems in that the identification processing speed is slow and erroneous identification is likely to occur.
本発明は、このような従来の色符号化スリット光投影法
における、複号化手続きの煩雑さの課題を除き、装置を
単純化すると共に、色符号の識別が容易な色パターン投
影する3次元形状の測定方法を提供しようとするもので
ある。The present invention eliminates the problem of the complexity of the decoding procedure in the conventional color-encoded slit light projection method, simplifies the device, and provides a three-dimensional method for projecting color patterns that allow easy identification of color codes. This paper attempts to provide a method for measuring shape.
課題を解決するための手段
本発明は、q色のストライプからなるN枚の色縞パター
ンを発生する色パターン発生器と、その色縞パターンを
時系列に対象物体に投影する色パターン投影機と、その
対象物体像を撮像するカラー撮像装置と、そのカラー撮
像装置からのカラー画像を少なくともN回撮像し、N枚
のディジタルカラー画像として記憶するメモリとを具備
し、前記メモリの画像を色識別して該色縞パターンを検
出することにより、対象物体表面の3次元座標を計測す
るものである。Means for Solving the Problems The present invention provides a color pattern generator that generates N color stripe patterns each consisting of q color stripes, and a color pattern projector that projects the color stripe patterns onto a target object in time series. , comprising a color imaging device for capturing an image of the target object, and a memory for capturing a color image from the color imaging device at least N times and storing it as N digital color images, and color-identifying the image in the memory. By detecting the color stripe pattern, the three-dimensional coordinates of the surface of the target object are measured.
作用
本発明は上記方法により、q色のストライプからなるN
枚の色縞パターンをN回順次対象物に投影し、qN本に
分離された符号化色縞番号を識別して、同時にqN本の
光切断3次元座標情報を取得するもので、組番号の識別
のために複雑な複号化手続きを必要とせず、位置に対応
した色縞の識別が可能である。Effect of the present invention By the above method, N
This method sequentially projects the color stripe patterns onto the object N times, identifies the encoded color stripe numbers separated into qN pieces, and simultaneously acquires the qN pieces of light cutting three-dimensional coordinate information. Color stripes corresponding to positions can be identified without requiring a complicated decoding procedure for identification.
実施例
以下、実施例をもとに、本発明の詳細な説明する。第1
図は本発明の3次元形状の測定方法を実現する装置の基
本構成を示す一実施例であり、101は投影用光源、1
02はカラースリットパターン発生器、103は投影用
光学系、104は対象物体、106は撮像用カラーカメ
ラ、106は3次元座標演算装置をそれぞれ示す。カラ
ースリットパターン発生器102におけるカラー縞パタ
ーンはN枚で構成され、それぞれ粗密の異なるカラー縞
からなり、このN枚のカラーパターンを時系列に順次切
り換えて、対象物体104に、カラー縞をN回投影する
ように機能する。このカラースリットパターン発生器1
02は、例えばスライドプロジェクタ−のように機械的
に投影パターンを入れ換えるものであってもよいし、あ
る℃・は電気的に投影パターンを生成する透過型の液晶
パネルであってもよい。対象物体104に投影されたカ
ラー線像は、カラーカメラ106によりパターンの切替
えに同期して1回毎に1枚のカラー画像として撮像され
、3次元座標演算装置108内部の画像メモリ上にN枚
のカラー画像として記憶され、このN枚のカラー画像か
ら、以下に説明する原理によって、カラー縞の縞番号を
識別し、各番号に対応したスリット像の歪みから、3次
元座標を算出する。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on examples. 1st
The figure shows an example of the basic configuration of an apparatus for realizing the three-dimensional shape measuring method of the present invention, in which 101 is a projection light source;
02 is a color slit pattern generator, 103 is a projection optical system, 104 is a target object, 106 is a color camera for imaging, and 106 is a three-dimensional coordinate calculation device. The color stripe pattern in the color slit pattern generator 102 is composed of N stripes, each consisting of color stripes of different density, and these N color patterns are sequentially switched in time series to apply the color stripes to the target object 104 N times. It functions like a projection. This color slit pattern generator 1
02 may be a device that mechanically changes the projection pattern, such as a slide projector, or may be a transmissive liquid crystal panel that electrically generates the projection pattern. The color line image projected onto the target object 104 is captured by the color camera 106 as one color image each time in synchronization with pattern switching, and N images are stored on the image memory inside the three-dimensional coordinate calculation device 108. From these N color images, the stripe numbers of the color stripes are identified according to the principle described below, and three-dimensional coordinates are calculated from the distortion of the slit image corresponding to each number.
第2図はカラースリットパターン発生器102における
N枚を1組とするカラー縞パターンの構成を示す一実施
例である。各パターンはそれぞれq色の縞からなり、パ
ターン番号n:$1.#2゜#3.・・・・・・#Nの
順に粗から密の縞を構成しているものとする。FIG. 2 shows an example of the configuration of a set of N colored striped patterns in the color slit pattern generator 102. Each pattern consists of stripes of q colors, and the pattern number n: $1. #2゜#3. . . . It is assumed that stripes are formed in the order of #N from coarse to dense.
最も粗い縞パターン201(#1)は、図示のように有
効画面幅Wを9等分したカラー縞からなり、次に粗い縞
パターン2o2(#2)は同パターン201 (、$1
)の1本の縞幅をさらに9等分したカラー縞からなる
。カラー縞はパターン番号nと共に逐次q分割されてい
くので、#N番目のパターン203の縞の総数には
に−qN ・・・・・・・・・ (
1)となり、縞幅Wは
w = W / K = W t(” −
−−(2)で与えられる。The coarsest stripe pattern 201 (#1) consists of color stripes that divide the effective screen width W into nine equal parts as shown in the figure, and the next coarsest stripe pattern 2o2 (#2) consists of the same pattern 201 (, $1
) is further divided into nine equal color stripes. Since the color stripes are sequentially divided into q parts along with the pattern number n, the total number of stripes in the #Nth pattern 203 is −qN...
1), and the stripe width W is w = W / K = W t('' -
--Given by (2).
第2図は簡単のためq=3.N=3の場合を例示してお
り、画面は最終的に、K−27本のカラー縞に分割され
ている。各カラー縞パターンにおいて、縞の色配列は、
q色を循環的に繰り返して並べてあり、同図の例では、
赤R1緑G1青Bの3色を、RGBの順に配置している
。Figure 2 shows q=3 for simplicity. The case where N=3 is illustrated, and the screen is finally divided into K-27 color stripes. In each color stripe pattern, the color arrangement of the stripes is
Q colors are arranged in a circular manner, and in the example shown in the figure,
Three colors, red R1 green G1 blue B, are arranged in the order of RGB.
このような総数N本の縞パターンを画面位置に相対した
縞番号として識別できれば、K本のスリットを同時に使
用した光切断像による3次元座標が求められ、目的を達
成できる。この縞番号は、第3図の内容を対照すれば容
易に識別できることがわかる。すなわち、K本に分割さ
れた最密の縞番号は、q色をq進数と考えると、N桁の
q進数として直接的に対応づけできることになる。If such a total number of N striped patterns can be identified as a stripe number relative to the screen position, three-dimensional coordinates can be obtained from a light sectioned image using K slits simultaneously, and the objective can be achieved. It can be seen that this stripe number can be easily identified by comparing the contents of FIG. That is, if the q colors are considered to be q-adic numbers, the closest stripe number divided into K pieces can be directly correlated as an N-digit q-adic number.
第3図を用いて、具体的に説明すれば、RGBの3色を
、R==O,()=1.n=2なる3進数に対応させ、
パターンの投影類、n=#1、#2、#3の順に検出さ
れるカメラからの3桁の色信号の組を(xyz)で表す
ものとする。ただし、X。To explain specifically using FIG. 3, the three colors RGB are R==O, ()=1. Correspond to the ternary number n=2,
Let (xyz) represent a set of 3-digit color signals from cameras detected in the order of pattern projections, n=#1, #2, #3. However, X.
Y、ZはR,G、Bのいずれかを示す。この時、3進数
(xyz)3は、縞番号に=o 〜26を表し、合計2
7本のカラー縞が分離して識別される。Y and Z represent R, G, or B. At this time, the ternary number (xyz) 3 represents =o ~ 26 in the stripe number, and the total is 2
Seven color stripes are identified separately.
第3図においては、(RR4)はに二〇を、また(BB
B)はに−26に対応することは明らかである。In Figure 3, (RR4) is 20, and (BB
B) clearly corresponds to ni-26.
以上のq進N桁の色符号の検出には、第1図の演算装置
106内に記憶されているN枚のカラー画像を、まず1
枚毎にq色に色識別して色領域に分割する。次に、N枚
の画像のn=#1番目を最上位桁、n = # N番目
を最下位桁として重ね合わせ、各画素位置でq進N桁の
数値に変換すればよ(・。In order to detect the above q-adic N-digit color code, first the N color images stored in the arithmetic unit 106 in FIG.
Each sheet is identified into q colors and divided into color areas. Next, superpose the N images with n=#1 as the most significant digit and n=#N as the least significant digit, and convert each pixel position into a q-adic N-digit value (.
なお、色識別を容易にするためには、色縞に用いる色は
、カラーカメラの3原色几、G、Bおよびその補色であ
るC(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)およ
びこれらの組合せからなる混合色から選ぶようにすると
よい。In order to facilitate color identification, the colors used for the color stripes should be the three primary colors of a color camera, G, B, their complementary colors C (cyan), M (magenta), Y (yellow), and these. It is recommended that you choose from a combination of colors.
発明の効果
以上の実施例で明らかなように、本発明の色縞パターン
を用いれば、縞番号の識別のために複雑な複号化手続き
を必要とせず、位置に対応した色縞の識別が可能である
。また、色数qと投影回数Nとの組合せにより、識別可
能なストライプ数を増大することが容易であり、高精度
の3次元座標測定に適するなどの効果がある。Effects of the Invention As is clear from the above embodiments, if the color stripe pattern of the present invention is used, a complicated decoding procedure is not required to identify stripe numbers, and color stripes corresponding to positions can be identified. It is possible. Furthermore, the combination of the number of colors q and the number of projections N makes it easy to increase the number of distinguishable stripes, making it suitable for highly accurate three-dimensional coordinate measurement.
第1図は本発明の3次元形状の測定方法を実現する装置
の基本構成を示すプロ、7り結線図、第2図は同装置の
色縞パターンの構造を示す図、第3図は同装置の線番号
を識別するための色符号の対照内容を示す図、第4図は
従来の光切断法による3次元形状測定の原理図、第6図
は従来の色符号化スリットの平面図である。
101・・・光源、1o2・・・カラースリットパター
ン発生器、103・・・光学系、104・・・対象物、
105・・・カラーカメラ、106・・・3次元座標演
算装置。
代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか1名第
図
に=33=27本
)3は3進数の怠
第
図
(b)
第5図Fig. 1 is a schematic diagram showing the basic configuration of the device that implements the three-dimensional shape measuring method of the present invention, Fig. 2 is a diagram showing the structure of the color stripe pattern of the device, and Fig. 3 is the same. A diagram showing the contrast of color codes for identifying the line number of the device, Figure 4 is a principle diagram of three-dimensional shape measurement using the conventional light cutting method, and Figure 6 is a plan view of a conventional color-encoding slit. be. 101... Light source, 1o2... Color slit pattern generator, 103... Optical system, 104... Target object,
105... Color camera, 106... Three-dimensional coordinate calculation device. Name of agent: Patent attorney Shigetaka Awano and 1 other person Figure = 33 = 27 lines) 3 is a ternary digit diagram (b) Figure 5
Claims (2)
発生する色パターン発生器と、その色縞パターンを時系
列に対象物体に投影する色パターン投影機と、その対象
物体像を撮像するカラー撮像装置と、そのカラー撮像装
置からのカラー画像を少なくともN回撮像し、N枚のデ
ィジタルカラー画像として記憶するメモリとを具備し、
前記メモリの画像を色識別して該色縞パターンを検出す
ることにより、対象物体表面の3次元座標を計測するこ
とを特徴とする3次元形状の測定方法。(1) A color pattern generator that generates N color stripe patterns consisting of q color stripes, a color pattern projector that projects the color stripe patterns onto a target object in time series, and an image of the target object that is captured. comprising a color imaging device and a memory for capturing color images from the color imaging device at least N times and storing them as N digital color images;
A method for measuring a three-dimensional shape, characterized in that the three-dimensional coordinates of the surface of a target object are measured by color-identifying the image in the memory and detecting the color stripe pattern.
逐次、等分割(n=1、2、3、……N)してなるスト
ライプ幅をもち、各色縞パターンはq色を循環的に配列
したことを特徴とする請求項1記載の3次元形状の測定
方法。(2) N colored striped patterns have stripe widths obtained by dividing a constant screen width into q to the nth power successively and equally (n=1, 2, 3,...N), and each colored striped pattern has a stripe width of q 2. The method for measuring a three-dimensional shape according to claim 1, wherein the colors are arranged in a circular manner.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16180190A JPH0452509A (en) | 1990-06-20 | 1990-06-20 | Measuring method of three-dimensional shape |
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JPH0452509A true JPH0452509A (en) | 1992-02-20 |
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JP16180190A Pending JPH0452509A (en) | 1990-06-20 | 1990-06-20 | Measuring method of three-dimensional shape |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH0452509A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002075245A1 (en) * | 2001-03-13 | 2002-09-26 | Solutionix Co., Ltd. | Apparatus and method for measuring three dimensional shape with multi-stripe patterns |
KR100455348B1 (en) * | 2001-03-13 | 2004-11-06 | 주식회사 솔루션닉스 | Apparatus And Method For Measuring Three Dimensional Shape With Multi-Stripe Patterns |
US6853458B2 (en) * | 2001-08-01 | 2005-02-08 | Minolta Co., Ltd. | Three-dimensional measuring method and device, and computer program |
-
1990
- 1990-06-20 JP JP16180190A patent/JPH0452509A/en active Pending
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