JPH0498108A - Three-dimensional shape measuring device - Google Patents

Three-dimensional shape measuring device

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JPH0498108A
JPH0498108A JP21584890A JP21584890A JPH0498108A JP H0498108 A JPH0498108 A JP H0498108A JP 21584890 A JP21584890 A JP 21584890A JP 21584890 A JP21584890 A JP 21584890A JP H0498108 A JPH0498108 A JP H0498108A
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JP
Japan
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image
slit
code
pattern
color
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Application number
JP21584890A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Tamamura
玉邑 嘉章
Takashi Sakai
酒井 高志
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPH0498108A publication Critical patent/JPH0498108A/en
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a device by which an object of a three-dimensional shape can be measured in a high speed, by extracting code series of slit images of first and second lattice patterns which have been projected on a measuring object. CONSTITUTION:A plurality of patterns are produced by a projection pattern producer 11, and they are projected on a measuring object O by means of a projection device 10. The picture-images of the measuring object O at the time respective patterns have been projected are input through an imaging device 20, and they are stored in the devices 21a, 21b for picture-image memories I, II. Further, while scanning, the picture-image memories 21a, 21b are read, and the positions and brightness of slit images are obtained by a slit-image detecting part 22. Then, in a cord extracting part 23, the brightness of slit images in two sheets of picture images is compared to determine its code, and the code series obtained in a decoding part 24 are decoded. By the operation like this, since each slit image can be corresponded to a projection slit, the three-dimensional positions and the shape of an object can be measured.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は格子パターンを被測定3次元物体に投影し、当
該物体を撮像して得られる画像から、投影されたパター
ン像を検出することにより、非接触で上記被測定3次元
物体の3次元的な位置や形状を計測する装置に関し、特
に符号系列に従って色や輝度などで特徴づけた符号化格
子パターンを用いて計測する装置に関するものである。
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention projects a lattice pattern onto a three-dimensional object to be measured, and detects the projected pattern image from an image obtained by imaging the object. , relates to a device that non-contactly measures the three-dimensional position and shape of the three-dimensional object to be measured, and particularly relates to a device that measures using a coded grid pattern characterized by color, brightness, etc. according to a code series. .

(従来の技術) 従来より被測定3次元物体の3次元位置や形状を非接触
で計測する種々の技術が開発されており、また工業、医
療等の分野で実用に供されてきている。この種の技術を
使用する際には、■高精度および高信頼性、■高速性、
■広範囲な適用対象/物体、■処理や制御が容易、など
の条件が用途に応じて要求される。
(Prior Art) Various techniques for non-contact measurement of the three-dimensional position and shape of a three-dimensional object to be measured have been developed, and have been put to practical use in industrial, medical, and other fields. When using this type of technology, ■ high precision and high reliability, ■ high speed,
Depending on the application, conditions such as ■A wide range of applicable targets/objects, and ■Easy processing and control are required.

この種の代表的な技術には、(a)あらかじめ構造化さ
れた照明光を物体に投影し、当該物体を撮像した画像か
ら、光像の位置を求めることにより物体位置を計測する
方法、(b)物体を異なった方向から撮像した複数の画
像により物体位置を計測するステレオ法、などがある。
Typical techniques of this type include (a) a method of projecting pre-structured illumination light onto an object and determining the position of the light image from an image of the object; b) There is a stereo method in which the object position is measured using a plurality of images of the object taken from different directions.

」1記のうち、(b)のステレオ法では、複数の画像の
物体像を対応づけるという処理方法が確立していないた
め、自動計測が難しいという問題がある。これに対して
、(a)の構造化された照明光を用いる方法は、画像か
ら光像を抽出することができればよいため、処理が容易
であり、工業用計測手段として実用に供されている。
In the stereo method (b) of item 1, there is a problem that automatic measurement is difficult because a processing method for correlating object images in multiple images has not been established. On the other hand, the method (a) using structured illumination light is easy to process because it only needs to be able to extract a light image from an image, and has been put to practical use as an industrial measurement method. .

上記において、最も単純な構造化した照明光は、スポッ
ト光やスリット光であり、これを投影した物体の画像か
ら、これらの光像を検出することは容易で、高速なハー
ドウェアによる処理も可能である。しかし、スポット光
では、1枚の画像から物体上の1点が計測できるのみで
あるし、スリット光でも1枚の画像から光像に沿った点
列の座標が計測できるにすぎない。従って、物体の形状
全体を測定するためには、スポット光では2次元走査、
スリット光では1次元走査を行い、走査の都度画像から
光像を検出しなければならない。このために、計測に時
間がかかり、動いている物体などの計測が困難である。
In the above, the simplest structured illumination light is spot light or slit light, and it is easy to detect these light images from the image of the object onto which it is projected, and processing using high-speed hardware is also possible. It is. However, with spot light, only one point on an object can be measured from one image, and with slit light, only the coordinates of a point sequence along the optical image can be measured from one image. Therefore, in order to measure the entire shape of an object, spot light requires two-dimensional scanning,
Slit light performs one-dimensional scanning, and a light image must be detected from the image each time it is scanned. For this reason, measurement takes time and it is difficult to measure moving objects.

この問題を解決するために、2次元的に構造化したパタ
ーンを投影する方法が提案されている。
In order to solve this problem, a method of projecting a two-dimensional structured pattern has been proposed.

第6図は、格子パターンを被計測物体に投影し、当該物
体を撮像して3次元形状を計測する計測装置の基本的な
構成図である。
FIG. 6 is a basic configuration diagram of a measuring device that projects a lattice pattern onto an object to be measured and images the object to measure its three-dimensional shape.

図において、1は格子パターン3を物体に投影するため
の投影装置、2は被計測物体○を観測するための撮像装
置、3はスリット列などより成る格子パターン、0は被
計測物体、Ll、L2はそれぞれ投影装置1の投影レン
ズおよび撮像装置2の撮像レンズである。図のように構
成された装置により、3次元計測を行う原理を簡単に説
明する。
In the figure, 1 is a projection device for projecting the lattice pattern 3 onto an object, 2 is an imaging device for observing the object to be measured ○, 3 is a lattice pattern consisting of a row of slits, etc., 0 is the object to be measured, Ll, L2 is a projection lens of the projection device 1 and an imaging lens of the imaging device 2, respectively. The principle of three-dimensional measurement using the apparatus configured as shown in the figure will be briefly explained.

図に示すように、格子パターン3のあるスリットplを
通った光が、投影レンズL 1により被計測物体O上に
投影された像の位置をpiとする。
As shown in the figure, the position of an image of light passing through a slit pl in the grating pattern 3 projected onto the object to be measured O by the projection lens L1 is defined as pi.

この像が撮像装置2において、撮像レンズL2を通して
、撮像面Aトの点 i/に結像しているとする。このと
き、点 i/の撮像面A上での位置X】を計測すること
により、物体上の点plの3次元座標が算出できる。図
のように、投影レンズL 1の中心を原点に、光軸をZ
軸とする座標系を定めると、点piの座標値(Xi、 
Yi、 Zi)は次式により与えられる。
Assume that this image is formed in the imaging device 2 at a point i/ on the imaging surface A through the imaging lens L2. At this time, by measuring the position X of point i/ on the imaging surface A, the three-dimensional coordinates of point pl on the object can be calculated. As shown in the figure, the center of the projection lens L1 is the origin, and the optical axis is Z.
After determining the coordinate system for the axes, the coordinate values of point pi (Xi,
Yi, Zi) are given by the following equation.

ただし、Q、は投影レンズLlと格子パターン3間の距
離、Q2は撮像レンズL2と撮像面A間の距離、Dは投
影レンズLlと撮像レンズL2の中心間の距離である。
However, Q is the distance between the projection lens Ll and the grating pattern 3, Q2 is the distance between the imaging lens L2 and the imaging surface A, and D is the distance between the centers of the projection lens Ll and the imaging lens L2.

また、ulは格子パターン3中で注目しているスリット
p1と投影レンズL1の中心との間の距離であり、格子
のピッチをp。
Further, ul is the distance between the slit p1 of interest in the grating pattern 3 and the center of the projection lens L1, and the pitch of the grating is p.

レンズL1の中心から数えたスリット番号を1とすると
、ui=pXi  となる。
If the slit number counted from the center of the lens L1 is 1, then ui=pXi.

以上の原理により被計測物体Oの3次元計測を行うため
には、(1)式から明らかなごとく、投影されたスリッ
トの格子パターン3の各々のスリットpiについて、そ
れらを撮像したスリット像p1の撮像面A上での座標X
1が4測できなければならない。すなわち、被計測物体
Oの3次元形状を一意に計測するためには、該物体を撮
像して得られるパターン像と、投影パターンを対応づけ
ることができなければならない。
In order to perform three-dimensional measurement of the object to be measured O according to the above principle, as is clear from equation (1), for each slit pi of the projected slit lattice pattern 3, the slit image p1 of the projected slit lattice pattern 3 must be Coordinate X on imaging plane A
1 must be able to measure 4 times. That is, in order to uniquely measure the three-dimensional shape of the object to be measured O, it is necessary to be able to associate a pattern image obtained by imaging the object with a projected pattern.

(発明が解決しようとする課題) 」ユ述したこの種の構造化投影パターンを構成するには
、従来より次のような方法が提案されておいる。
(Problems to be Solved by the Invention) In order to construct this kind of structured projection pattern as described above, the following methods have been proposed in the past.

■複数のスリットを符号系列に従って、色、輝度、スリ
ット幅、スリット長などの変化により特徴づけた格子パ
ターンを用いる方法(これを空間コード法とよぶ)。
■A method that uses a grid pattern in which multiple slits are characterized by changes in color, brightness, slit width, slit length, etc. according to a code sequence (this is called the spatial code method).

第7図に、R(赤)G(緑)B(青)の3色で符号化し
た格子パターンと、これを物体に投影し、撮像した格子
像の一例を示す。この方法では、同図(b)のような格
子像から各々のスリット像の色符号を抽出して、格子像
の符号系列をとりだし、これを投影格子の符号系列に対
応づけることによって復号し、同図(a)の投影格子の
スリットに対応づけることができる。ただし、この方法
の大きな問題の1つは、被計測物体の色や模様などの影
響により、スリット像の色などの特徴を正しく抽出でき
なくなることである。
FIG. 7 shows an example of a grid pattern encoded in three colors, R (red), G (green), and B (blue), and a grid image captured by projecting this onto an object. In this method, the color code of each slit image is extracted from the grid image as shown in FIG. It can be made to correspond to the slits of the projection grating shown in FIG. However, one of the major problems with this method is that characteristics such as the color of the slit image cannot be extracted correctly due to the influence of the color and pattern of the object to be measured.

■複数の構造化パターンを時系列的に投影する方法(こ
れを時系列コード法とよぶ)。この方法では、各々の投
影パターンに対して撮像した複数の画像から、時系列符
号を抽出し、これを復号することによって、投影パター
ンに対応づけることができる。しかし、この方法では、
時系列的に複数の画像を得る必要があることから、動き
の早い物体の計測が困難である。
■A method of projecting multiple structured patterns in chronological order (this is called the chronological code method). In this method, a time-series code is extracted from a plurality of images taken for each projection pattern, and by decoding the time-series code, it is possible to associate the time-series code with the projection pattern. However, with this method,
Since it is necessary to obtain multiple images in chronological order, it is difficult to measure fast-moving objects.

(発明の目的) 本発明は上記空間コード法及び時系列コード法のもつ欠
点を解決し、被計測物体の色や模様等に影響されること
なく、高速に3次元形状物体を計測できる装置を得るこ
とを目的とする。
(Objective of the Invention) The present invention solves the drawbacks of the above-mentioned spatial code method and time-series code method, and provides a device that can measure a three-dimensional object at high speed without being affected by the color or pattern of the object to be measured. The purpose is to obtain.

(課題を解決するための手段) 本発明は上記課題を解決し目的を達成するため、格子パ
ターンを生成し3次元物体に該格子パターンを投影する
手段と、均一の白色パターンを投影した第1の画像及び
色の変化により符号化した格子パターンを投影した第2
の画像を夫々撮像する手段と、該撮像手段で撮像した前
記第1及び第2の画像をメモリに格納する手段と、前記
第2の画像より各々スリット像を検出する手段と、第2
の画像におけるスリット像の輝度値の色成分と、第1の
画像におけるスリット像の位置の輝度値の色成分との比
が最大となる色をスリット像の色符号として符号系列を
抽出する手段と、該符号系列を復号して前記投影格子パ
ターンに対応づけることにより3次元物体の位置と形状
を計測する復号手段とを有することを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems and achieve the objects, the present invention provides means for generating a grid pattern and projecting the grid pattern onto a three-dimensional object, and a first method for projecting a uniform white pattern. A second image on which a grid pattern encoded by the image and color changes is projected.
means for capturing images of each of the images, means for storing the first and second images captured by the image capturing means in a memory, means for detecting a slit image from each of the second images, and a second image.
means for extracting a code sequence as a color code of the slit image using a color that has a maximum ratio between the color component of the brightness value of the slit image in the image and the color component of the brightness value of the position of the slit image in the first image; , a decoding means for measuring the position and shape of a three-dimensional object by decoding the code sequence and associating it with the projected grid pattern.

(作 用) 本発明は、投影型デイスプレィもしくは電子的に制御が
可能なパターン投影装置により、前記空間コード法と同
様に、符号系列に従って色、輝度、スリット幅などの変
化により符号化されたスリット列により構成される第1
の格子パターンを発生して、これを被計測物体に投影し
、TVカメラ等の撮像装置で撮像して得られた第1の画
像と、上記第1の格子パターンの符号系列とは異なった
符号系列で符号化されたスリット列で構成される第2の
格子パターンを発生し上記被測定物体に投影して得られ
る第2の画像、または上記パターン投影装置により発生
した均一の照明光を上記被測定物体に悼影して、これを
撮像して得られる第2の画像とにより、これら第1およ
び第2の画像を比較演算して上記被測定物体に投影され
た第1または第2の格子パターンのスリット像の符号系
列を、抽出し、投影されたスリット列に対応づけること
により3次元物体の位置と形状を計測するものである。
(Function) The present invention uses a projection display or an electronically controllable pattern projection device to generate slits that are coded by changing color, brightness, slit width, etc. according to a code series, similar to the above-mentioned spatial code method. The first consisting of columns
A first image obtained by generating a lattice pattern, projecting it onto an object to be measured, and capturing the image with an imaging device such as a TV camera, and a code different from the code sequence of the first lattice pattern. A second image obtained by generating a second lattice pattern composed of a series of encoded slit rows and projecting it onto the object to be measured, or uniform illumination light generated by the pattern projection device. A first or second grating projected onto the object to be measured is calculated by comparing the first and second images with a second image obtained by imaging the object to be measured. The position and shape of a three-dimensional object are measured by extracting the code sequence of the slit image of the pattern and associating it with the projected slit array.

(実施例) 第1図は本発明の一実施例による構成図を示し、投影パ
ターンの投影装置10や撮像装置20は前記第6図での
べた投影装置lや撮像装置2と同様構成のものを用いた
ものである。即ち、図において、0は被計測物体、10
は投影型デイスプレィ、または投影パターンを電子的に
制御することができる投影装置、11は投影パターン発
生器、20はTVカメラなどの撮像装置、21a、 2
1bはTVカメラで撮像した画像データを格納するため
の画像メモリI。
(Embodiment) FIG. 1 shows a configuration diagram according to an embodiment of the present invention, in which a projection pattern projection device 10 and an imaging device 20 have the same configuration as the solid projection device 1 and imaging device 2 shown in FIG. It uses That is, in the figure, 0 is the object to be measured, 10
1 is a projection display or a projection device whose projection pattern can be electronically controlled; 11 is a projection pattern generator; 20 is an imaging device such as a TV camera; 21a;
1b is an image memory I for storing image data captured by a TV camera.

■、22は画像データからのスリット像検出部、23は
抽出されたスリット像の符号抽出部、24は検出された
スリット像の符号系列の復号部である。
2, 22 is a slit image detection unit from image data, 23 is a code extraction unit for the extracted slit image, and 24 is a decoding unit for the code sequence of the detected slit image.

図のように構成された装置において、投影パターン発生
器11により複数のパターンを発生して、被計測物体O
に投影装置10で投影する。それぞれのパターンを投影
した際の被計測物体Oの画像を、撮像装置20により入
力し、それぞれを画像メモリ1、IIの21a、 21
bに格納する。
In the apparatus configured as shown in the figure, a projection pattern generator 11 generates a plurality of patterns to
The projection device 10 projects the image on the image. Images of the object to be measured O when each pattern is projected are inputted by the imaging device 20, and are stored in the image memories 1 and 21a and 21 of the image memories 1 and II, respectively.
Store in b.

さらに、画像メモリ21a、 21bを走査しつつ読み
出し、スリット像検出部22により、スリット像の位置
と輝度を求める。ついで符号抽出部23において2枚の
画像のスリット像の輝度を比較してその符号を定め、復
号部24において得られた符号系列を復号する。このよ
うな動作により、各々のスリット像を投影スリットに対
応づけることができるので、前記第6図において説明し
たように、物体の3次元位置や形状を計測できることに
なる。
Furthermore, the image memories 21a and 21b are scanned and read out, and the slit image detection section 22 determines the position and brightness of the slit image. Next, the code extractor 23 compares the brightness of the slit images of the two images to determine the code, and the decoder 24 decodes the obtained code sequence. Through such an operation, each slit image can be associated with the projection slit, so that the three-dimensional position and shape of the object can be measured as explained in FIG. 6 above.

さらに、具体的な投影パターンを使用する場合について
、その動作を説明する。第2図は、2種類のパターンを
被計測物体Oに投影して得られた画像の一例で、それぞ
れ画像メモリ21a、 22bに格納されているものと
する。
Furthermore, the operation will be explained in the case where a specific projection pattern is used. FIG. 2 shows an example of an image obtained by projecting two types of patterns onto the object to be measured O, which are stored in the image memories 21a and 22b, respectively.

図において、(a)は均一な白色パターンを投影したと
きの色画像、(b)は第7図(a)で示したような、R
(赤)、G(緑)、B(青)の3色で符号化された格子
パターンを投影して得られた色画像の例である。(b)
の如き画像を符号化格子像と呼ぶ。
In the figure, (a) is a color image when a uniform white pattern is projected, and (b) is an R image as shown in FIG. 7(a).
This is an example of a color image obtained by projecting a grid pattern encoded in three colors: (red), G (green), and B (blue). (b)
An image like this is called a coded grid image.

スリット像検出部22において、(b)の符号化格子像
をX方向に走査すると、各々のスリット像で、輝度が高
くなるので、例えば輝度のピーク点を選択することによ
り、容易にスリット像を検出することができる。このピ
ーク点の画像座標(×、。
When the slit image detection unit 22 scans the coded lattice image in (b) in the X direction, the brightness of each slit image becomes high, so for example, by selecting the peak point of brightness, the slit image can be easily detected. can be detected. Image coordinates of this peak point (×,.

yP)と、ピーク点における輝度値の色成分(■、。yP) and the color component of the luminance value at the peak point (■, .

I、、Ib)を求める。I, , Ib).

また同時に、(a)の均一な白色パターンを投影して得
られた画像の同一座標値(xP+ yp)の輝度値の色
成分Dr。、■、。+  Ib。)を測定する。さらに
、符号抽出部23においては、それぞれの輝度値の色成
分の比(L/Ir。、Ig/Ig。、■b/1b−)を
算出し、これが最も大きい値となる色を、着目している
スリット像の色符号とする。
At the same time, the color component Dr of the luminance value at the same coordinate value (xP+yp) of the image obtained by projecting the uniform white pattern of (a). ,■,. + Ib. ) to measure. Furthermore, the code extraction unit 23 calculates the ratio of color components of each luminance value (L/Ir., Ig/Ig., ■b/1b-), and focuses on the color with the largest value. Let it be the color code of the slit image.

以上の手段によれば、被計測物体Oの色による影響は、
均一な白色パターンを投影して得られた画像により補正
されるので、計測対象の影響をうけることなく、安定に
色符号を抽出することが可能になる。
According to the above means, the influence of the color of the object to be measured O is
Since the correction is performed using an image obtained by projecting a uniform white pattern, it is possible to stably extract color codes without being affected by the measurement target.

以上は、色符号格子を用いる場合の例であったが、同様
な方法は、明るさの変化により符号化した格子パターン
にも適用できる。通常、画像の輝度は、物体表面の模様
などに大きく影響されるため、この種の投影パターンの
明るさの変化を正しく検出することは極めて困難である
The above is an example of using a color code grid, but a similar method can also be applied to a grid pattern encoded by changes in brightness. Normally, the brightness of an image is greatly influenced by the pattern on the surface of an object, so it is extremely difficult to accurately detect changes in brightness of this type of projection pattern.

いま、第3図の例に示すような、スリットの明るさを3
段階S、、 S、、 S、に変化させることによって符
号化した格子パターンを用いるとする。
Now, as shown in the example in Figure 3, the brightness of the slit is set to 3.
Suppose we use a grid pattern encoded by varying the steps S,, S,, S,.

この格子パターンを被計測物体Oに投影して、第2図(
b)と同様な符号化格子像を撮像し、上記の色符号化格
子の場合と同様に、スリット像を検出し、その輝度値■
を得る。同時に第2図(a)に示すような均一な白色パ
ターンを投影した画像の同位置から、輝度値■。を求め
る。これらの輝度値の比(γ−I/I、)を算出し、次
の条件により、明るさの符号Cを定める。
This lattice pattern is projected onto the object to be measured O as shown in Figure 2 (
A coded grid image similar to b) is captured, a slit image is detected as in the case of the color coded grid above, and its brightness value ■
get. At the same time, the brightness value ■ is obtained from the same position of the image in which a uniform white pattern as shown in FIG. 2(a) is projected. seek. The ratio of these brightness values (γ-I/I) is calculated, and the brightness code C is determined according to the following conditions.

γ(T、     なら C=S T、<γ(T、  なら C=S。If γ(T, then C=S If T, < γ(T, then C=S.

Tっ〈γ    なら C−別 ただし、T、、 T、はしきい値である。以上のように
、均一な白色パターンを投影した画像の輝度値を用いる
ことにより、被計測物体の反射率の影響をうけることな
く、スリットの明るさの変化による符号を抽出すること
が可能となる。
If T〈γ, then C-separate. However, T,, T, is a threshold value. As described above, by using the brightness value of an image projected with a uniform white pattern, it is possible to extract the sign due to changes in the brightness of the slit without being affected by the reflectance of the object to be measured. .

以上述べた実施例の説明では、均一の白色パターンを投
影して撮像した画像を用いることにより、被計測物体の
色や、模様などの影響を受けることなく、スリット像の
符号を抽出するものであった。
In the explanation of the embodiment described above, by using an image captured by projecting a uniform white pattern, the code of the slit image is extracted without being affected by the color or pattern of the object to be measured. there were.

しかしながら、第2図のような色符号化格子を用いる場
合、均一な白色パターンを投影した画像の輝度の色成分
(1,、、I、。+  Ib。)のうちどれかが非常に
小さくなると、その色成分に相当するスリット像の輝度
の色成分との比(■r/■r。。
However, when using a color coding grid as shown in Fig. 2, if any of the luminance color components (1,,,I,.+Ib.) of an image projected with a uniform white pattern becomes very small, , the ratio of the luminance of the slit image corresponding to the color component to the color component (■r/■r.

Ig/Iよ。、  Ib/Ib。)が大きくなり、スリ
ットの色符号の判定に誤りを生じてしまう。このような
状況は、物体が単色に近い色をしている場合に生じやす
い。
Ig/I. , Ib/Ib. ) becomes large, resulting in an error in determining the color code of the slit. This situation is likely to occur when the object has a nearly monochromatic color.

このような状況に対応するために、第1図の投影パター
ン発生器11によって、第4図に示すような複数の符号
化格子パターンを発生する。即ち、第4図は、RGBの
3色で符号化した色符号化格子パターンの一例であって
、それぞれ同一の符号系列に対して、順次具なった色符
号を割り当てた格子パターンである。
In order to cope with such a situation, the projection pattern generator 11 of FIG. 1 generates a plurality of encoded lattice patterns as shown in FIG. 4. That is, FIG. 4 is an example of a color encoding lattice pattern encoded using three colors of RGB, and is a lattice pattern in which specific color codes are sequentially assigned to the same code series.

第1図の計測装置において、以上のように構成された複
数の格子パターンを、被計測物体に順次投影し、さらに
撮像装置2oによりこれを順次撮像して、3種の画像を
画像メモリにそれぞれ格納する。第2図の場合と同様に
、それぞれの画像を走査してスリット像を検出し、画像
輝度のピーク値を求める。これを、(Ir、、  t、
、  Ih、)(Ir、。
In the measuring device shown in FIG. 1, the plurality of lattice patterns configured as described above are sequentially projected onto the object to be measured, and the images are sequentially captured by the imaging device 2o, and three types of images are respectively stored in the image memory. Store. As in the case of FIG. 2, each image is scanned to detect a slit image and the peak value of image brightness is determined. This is expressed as (Ir,, t,
, Ih, ) (Ir,.

■ Lt−1Ib−)(Ir3.Ig−2Ib−)とする。■ Lt-1Ib-) (Ir3.Ig-2Ib-).

第4図に示したように、あるスリット像に着目したとき
、その色符号は、これら3種の画像において、C−(R
,G、B)、C2−(G、B、R)、 c、=(B。
As shown in Fig. 4, when focusing on a certain slit image, its color code is C-(R
,G,B),C2-(G,B,R),c,=(B.

R,G)のいずれかになるので、3枚の画像のそれぞれ
のピーク輝度値の色成分の最大値に着目し、上記C,,
C,、C,のどのパターンであるかを多数決で決定する
ことにより、符号を決定することができる。あるいは、
3枚の画像のピーク輝度値から、I、=(Ir、+I、
+I、、)、 I、=(I、十Ib2+I、、)、L=
(I、、+I、、+I、、)を求め、C,=Max(1
,、I、、  I、)により、色符号のパターンを定め
ることもできる。
R, G), so we focused on the maximum value of the color component of the peak brightness value of each of the three images, and calculated the above C,...
The code can be determined by determining which pattern among C, , C, by majority vote. or,
From the peak brightness values of the three images, I, = (Ir, +I,
+I, , ), I, = (I, 10 Ib2 + I, , ), L =
Find (I,,+I,,+I,,),C,=Max(1
,,I,,I,) can also define a color code pattern.

以上のべた3種類の符号化格子画像の処理を行う装置の
構成例を、第5図に示す。図では、第1図の撮像装置2
0以降の部分をのみ示したものである。図において、2
1a、 21b、 21cは上記3種の符号化格子画像
を格納するための3組の画像メモリr、n、m、22a
、 22b、 22cはそれぞれ画像メモリ21a、 
21b、 21cを走査して画像データを読み出してス
リット像の位置とピーク輝度値を検出するスリット像検
出部、231a、 231b、 231cはスリット像
のピーク輝度値の色成分を比較して色符号を抽出する回
路、232は抽出された3種の色符号の組を上記の符号
パターンと比較して符号を決定する回路である。以上の
ようにして決定された符号化格子像の符号系列は、復号
部24において復号され、投影した格子パターンに対応
づけられる。
FIG. 5 shows an example of the configuration of an apparatus that processes the three types of coded grid images described above. In the figure, the imaging device 2 of FIG.
Only the part after 0 is shown. In the figure, 2
1a, 21b, 21c are three sets of image memories r, n, m, 22a for storing the above three types of coded grid images.
, 22b and 22c are image memories 21a and 22c, respectively.
A slit image detection unit scans 21b and 21c to read image data and detects the position and peak brightness value of the slit image. The extraction circuit 232 is a circuit that compares the extracted set of three color codes with the above code pattern to determine the code. The code sequence of the encoded lattice image determined as described above is decoded by the decoding unit 24 and is associated with the projected lattice pattern.

以上説明したように、一定の符号系列の元に割り付ける
色符号を順次変化させることにより、複数の符号化格子
パターンを構成し、これを順次投影して、撮像した画像
により、対象物体の色や模様に影響を受けずに、符号化
格子像の符号を抽出することができる。
As explained above, by sequentially changing the color codes assigned to a fixed code sequence, multiple coded grid patterns are constructed, and these are sequentially projected to determine the color of the target object using the captured image. The code of a coded grid image can be extracted without being affected by the pattern.

また、以上の説明では、複数の符号化格子パターンを投
影した画像のすべてを用いたが、常にすべてのパターン
を用いる必要はない。すなわち、ある符号化格子パター
ンの格子像から符号が信頼よく抽出することができたな
ら、それ以上具なったパターンを投影する必要がない。
Furthermore, in the above description, all of the images in which a plurality of encoded lattice patterns are projected are used, but it is not always necessary to use all of the patterns. That is, if a code can be reliably extracted from a grid image of a certain coded grid pattern, there is no need to project any more specific patterns.

従って、例えば、第5図で、色符号抽出部231におい
てスリット像の色判定を行う際に、各色の輝度値の差の
最大値。
Therefore, for example, in FIG. 5, when the color code extraction unit 231 performs color determination of the slit image, the maximum value of the difference between the luminance values of each color.

Max(l Ir−IEl、l Ig−Ibl  l 
’b−11)/(I、+Iよ+Ib) がしきい値以上であれば、その色判定は正しいものとす
る。すべてのストリット像に対して、色判定が正しく行
えれば、それ以上新しい符号化パターンを投影するのを
打ち切る。以上のように、格子像の符号抽出の正しさを
判定することにより、対象に応じた計測が可能になる。
Max(l Ir-IEl, l Ig-Ibl l
If 'b-11)/(I, +I +Ib) is equal to or greater than the threshold value, the color determination is determined to be correct. If the color judgment is correctly performed for all the strip images, the projection of any new coding patterns is discontinued. As described above, by determining the correctness of code extraction of the lattice image, measurement according to the object becomes possible.

(発明の効果) 以上説明したように本発明によれば色や透過率などの特
徴を変化させて符号化した格子パターンを物体に投影し
、当該物体を撮像した画像がら物体の3次元位置や形状
を計測する際に、被計測物体の色や模様、反射率の変化
などの影響を受けることなく、格子像の符号を抽出する
ことができるため、信頼性の高い計測を行うことが可能
になる。
(Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, a lattice pattern encoded by changing characteristics such as color and transmittance is projected onto an object, and the three-dimensional position of the object is determined from an image taken of the object. When measuring the shape, the code of the lattice image can be extracted without being affected by changes in the color, pattern, or reflectance of the object being measured, making it possible to perform highly reliable measurements. Become.

本発明においても、2〜3種のパターンを順次投影して
、その都度画像を撮像する必要があるが、時系列パター
ンを順次投影する方法に比べて、はるかに少ない画像で
すむため、動きが早くなければ、動いている物体の計測
も可能である。
In the present invention, it is also necessary to sequentially project two or three types of patterns and capture images each time, but compared to the method of sequentially projecting time-series patterns, the number of images required is far smaller, so movement is reduced. If the speed is not too fast, it is also possible to measure moving objects.

上記の説明では、色符号化を行う際に、RGB3色の特
徴を用いたが、本発明によれば物体の色や模様などの影
響を受けることなく、色符号化格子像の符号を抽出する
ことができるので、より多くの色を用いて、符号化する
ことができる。
In the above explanation, the characteristics of the three colors RGB were used when performing color encoding, but according to the present invention, the code of the color encoded grid image can be extracted without being affected by the color or pattern of the object. Therefore, more colors can be used for encoding.

いま、q個の特徴を用いて、最大長系列符号に従って符
号化するとき、符号長をkとすると、全系列長が(q’
−1)の符号系列をつくることができる。従って、必要
な格子のスリット本数が一定ならば、qが大きいほど符
号長にの小さい符号系列を使用することができるので、
格子像を復号するのに必要なスリット本数も少なくてす
む。
Now, when encoding according to the maximum length sequence code using q features, if the code length is k, the total sequence length is (q'
−1) can be created. Therefore, if the number of required lattice slits is constant, the larger q is, the smaller the code length can be used.
The number of slits required to decode the lattice image can also be reduced.

例えば、200本程度のスリットで構成される符号化格
子を作るとき、3色で符号化する場合には、符号長に=
5の符号系列を適用し、6色で符号化する場合には、符
号長に=3の符号系列を適用する。ことになる。すなわ
ち、符号化格子像を復号するに際して、3色の場合には
連続した5本のスリット像が必要であるのに対して、6
色の場合には3本のスリット像が得られればよいので、
その分小さい物体でも計測することができる。
For example, when creating a coding grid consisting of about 200 slits and coding with three colors, the code length =
When applying a code sequence of 5 and encoding with 6 colors, a code sequence of =3 is applied to the code length. It turns out. In other words, when decoding a coded lattice image, five consecutive slit images are required in the case of three colors, but six consecutive slit images are required.
In the case of color, it is sufficient to obtain three slit images, so
Therefore, even small objects can be measured.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例による構成図、第2図は2種
類のパターンを被計測物体に投影して得られた画像の一
例図、第3図はスリットの明るさを3段階に変化して特
徴づけした符号化格子の一例図、第4図は3種類の色符
号化格子の一例図、第5図は3種類の符号化格子画像の
処理を行なう装置の構成例図、第6図は格子パターンを
被計測物体に投影し当該物体を撮像して3次元形状を計
測する装置の基本的な構成図、第7図は従来の色符号格
子と格子像の一例図である。 l、lO・・・投影装置、  2,20・・・撮像装置
、1i−・・投影パターン発生器、 21a、 21b
。 21c・・−画像メモリ、 22.22a、 22b、
22c・・・スリット検出部、 23・・・符号抽出部
、24−・・復号部、 231a、 231b、 23
]c−・・色符号抽出部。 特許出願人 日本電信電話株式会社 (a) 図 p (b) 第 (a) (b) 入り1,2ト令Jt!n 345 ・・・ 1′ 2′ 3′ 4′ N′
Figure 1 is a configuration diagram according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an example of an image obtained by projecting two types of patterns onto an object to be measured, and Figure 3 is a diagram of the slit brightness in three stages. FIG. 4 is a diagram showing an example of a coding grid characterized by changes. FIG. 4 is a diagram showing an example of three types of color coding grids. FIG. FIG. 6 is a basic configuration diagram of an apparatus that projects a lattice pattern onto an object to be measured and images the object to measure its three-dimensional shape. FIG. 7 is an example of a conventional color code lattice and a lattice image. l, lO... Projection device, 2, 20... Imaging device, 1i-... Projection pattern generator, 21a, 21b
. 21c...-image memory, 22.22a, 22b,
22c... Slit detection unit, 23... Code extraction unit, 24-... Decoding unit, 231a, 231b, 23
]c--color code extraction unit. Patent applicant Nippon Telegraph and Telephone Corporation (a) Figure p (b) No. (a) (b) 1st and 2nd order Jt! n 345... 1'2'3'4'N'

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)格子パターンを生成し3次元物体に該格子パター
ンを投影する手段と、均一の白色パターンを投影した第
1の画像及び色の変化により符号化した格子パターンを
投影した第2の画像を夫々撮像する手段と、該撮像手段
で撮像した前記第1及び第2の画像をメモリに格納する
手段と、前記第2の画像より各々スリット像を検出する
手段と、第2の画像におけるスリット像の輝度値の色成
分と、第1の画像におけるスリット像の位置の輝度値の
色成分との比が最大となる色をスリット像の色符号とし
て符号系列を抽出する手段と、該符号系列を復号して前
記投影格子パターンに対応づけることにより3次元物体
の位置と形状を計測する復号手段とを有することを特徴
とする3次元形状計測装置。
(1) means for generating a lattice pattern and projecting the lattice pattern onto a three-dimensional object; means for respectively capturing an image; means for storing the first and second images captured by the image capturing means in a memory; means for detecting a slit image from each of the second images; and a slit image in the second image. means for extracting a code sequence by using the color code of the slit image as a color having the maximum ratio of the color component of the brightness value of the first image to the color component of the brightness value of the position of the slit image in the first image; A three-dimensional shape measuring device comprising a decoding means for measuring the position and shape of a three-dimensional object by decoding and associating it with the projected grid pattern.
(2)パターン投影装置により投影する符号化格子パタ
ーンは、符号系列に従って輝度を変化させたスリット列
で構成されており、当該符号化格子パターンを3次元物
体に投影して、これを撮影した第2の画像から各々スリ
ット像を検出し、符号抽出部において、検出したスリッ
ト像の輝度値と、均一な白色パターンを投影した第1の
画像の当該スリット像の位置の輝度値を比較して、当該
スリット像の輝度符号を決定することにより、第1の画
像の符号系列を抽出し、これを復号して前記投影符号化
格子パターンに対応づけ、被測定3次元物体の位置と形
状を計測することを特徴とする請求項(1)記載の3次
元形状計測装置。
(2) The coded grid pattern projected by the pattern projection device is composed of a row of slits whose brightness is changed according to the code sequence, and the coded grid pattern is projected onto a three-dimensional object and photographed. A code extraction unit compares the luminance value of the detected slit image with the luminance value of the position of the slit image of the first image onto which a uniform white pattern is projected, By determining the brightness code of the slit image, a code sequence of the first image is extracted, which is decoded and associated with the projection coding grid pattern to measure the position and shape of the three-dimensional object to be measured. The three-dimensional shape measuring device according to claim (1).
(3)符号化格子パターンは、符号系列の元とスリット
の色もしくは輝度の対応を順次変化させて構成した複数
の符号化格子パターンであって、パターン投影装置によ
り、当該複数の符号化格子パターンを被測定3次元物体
に順次投影し、これを順次撮像した複数の画像データを
画像メモリに格納し、当該画像メモリに格納された複数
の画像データについて、各々スリット像の色または輝度
符号を抽出して、前記複数の画像の同一位置にあるスリ
ット像から各々抽出された複数の符号から、多数決によ
り当該スリット像の符号を決定するようにしたことを特
徴とする請求項(1)及び(2)記載の3次元形状計測
装置。
(3) The encoded lattice patterns are a plurality of encoded lattice patterns configured by sequentially changing the correspondence between the source of the code sequence and the color or brightness of the slit, and the plurality of encoded lattice patterns are is sequentially projected onto a three-dimensional object to be measured, a plurality of sequentially captured image data are stored in an image memory, and the color or brightness code of each slit image is extracted for each of the plurality of image data stored in the image memory. Claims (1) and (2) characterized in that the code of the slit image is determined by majority vote from a plurality of codes each extracted from the slit images located at the same position in the plurality of images. 3D shape measuring device described in ).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006058092A (en) * 2004-08-18 2006-03-02 Fuji Xerox Co Ltd Three-dimensional shape measuring device and method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006058092A (en) * 2004-08-18 2006-03-02 Fuji Xerox Co Ltd Three-dimensional shape measuring device and method

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