KR20110102244A - 정보처리장치, 그 처리 방법 및 컴퓨터 판독가능한 기억매체 - Google Patents

Abstract

정보처리장치는 복수의 계측선과, 상기 복수의 계측선에 대하여 복수의 교점을 갖는 동시에 특정의 특징에 의해 상기 교점 사이의 간격에 있어서의 형상이 정해지는 기준선을 포함하는 패턴 데이터를 생성하고, 상기 생성된 패턴 데이터에 근거하여, 투영 패턴광이 투영되는 피사체의 화상을 촬상하며, 상기 촬상된 화상으로부터 상기 교점을 추출하고, 상기 촬상된 화상에 있어서의 기준선 상의 교점 사이의 간격에 있어서의 특정의 특징을 갖는 형상에 관한 정보를, 계측선을 식별하기 위해 사용되는 식별정보로서 취득한다.

Description

정보처리장치, 그 처리 방법 및 컴퓨터 판독가능한 기억매체{INFORMATION PROCESSING APPARATUS, PROCESSING METHOD THEREFOR, AND COMPUTER-READABLE STORAGE MEDIUM}

본 발명은 정보처리장치, 그 처리 방법 및 컴퓨터 판독가능한 기억매체에 관한 것이다.

물체의 3차원 형상을 계측하는 계측장치가 알려져 있다. 이러한 계측장치는, 산업분야에 있어서의 부품검사와, 의학분야에 있어서의 생체의 형상의 계측 등, 폭넓게 사용되고 있다. 특히, 비접촉에 의한 계측방법을 사용하는 계측장치는, 대상물체가 접촉 계측방법에 의해 변형 또는 파손할 우려가 있는 경우에 유효하다.

3차원 형상을 비접촉으로 계측할 때는, 촬상장치에 의해 촬상된 화상을 사용해서 삼각측량을 행하는 방식이 널리 사용되고 있다. 예를 들면, 일본국 공개특허공보 특개2008-276743호에 기재된 기술에서는, 투영 장치가, 기준선 패턴을 부가한 멀티 슬릿광을 피사체에 투영하고, 촬상장치가, 피사체에 의한 반사광을 촬상한다. 이에 따라, 3차원 형상의 계측을 행하고 있다. 구체적으로는, 가는 선을 평행하게 배치한 멀티 슬릿광을 계측선 패턴으로서 투영하는 동시에, 멀티 슬릿광의 선들 사이의 간극에 그들의 폭을 변화시켜서 특징을 부가한 기준선 패턴을 투영한다. 그리고, 이 기준선 패턴의 특징을 이용하여, 투영 패턴 상의 이차원 위치와 촬상 화상에 있어서의 이차원 위치를 대응시킨다. 이들 이차원 위치 간의 대응 결과에 의거하여 멀티 슬릿광을 구성하는 각 선을 대응시키고, 광절단법(light-section method)에 의한 삼각측량을 사용해서 3차원 형상을 계측한다.

전술한 기술에서는, 멀티 슬릿광의 선들 사이의 간극에 부가한 기준선 패턴이, 비교적 작은 면적의 픽셀 열에 의해 생성되어 있다. 이러한 작은 면적의 패턴은, SN비가 낮은 촬상 화상에 있어서는 노이즈와의 식별이 매우 곤란하게 된다.

이러한 기술에서는, 어느 정도의 면적을 기준선 패턴에 확보할 필요가 있기 때문에, 멀티 슬릿광의 고밀도화가 곤란해서, 작은 피사체의 3차원 계측을 정밀하게 행할 수 없다.

본 발명은 피사체의 3차원 계측시에 사용하는 투영 패턴을 보다 높은 밀도로 투영할 수 있는 기술을 제공한다.

본 발명의 제1의 국면은 복수의 계측선들과, 상기 복수의 계측선들에 대하여 복수의 교점들을 갖는 동시에 특정의 특징에 의해 상기 교점들 사이의 간격에 있어서의 형상이 정해지는 기준선을 포함하는 패턴 데이터를 생성하는 패턴 생성 유닛과, 상기 패턴 생성 유닛에 의해 생성된 상기 패턴 데이터에 근거하여, 투영 패턴광이 투영되는 피사체의 화상을 촬상하는 촬상 유닛과, 상기 촬상 유닛에 의해 촬상된 화상으로부터 상기 교점들을 추출하는 교점 추출 유닛과, 상기 촬상된 화상에 있어서의 기준선 상의 각 인접하는 쌍의 교점들 사이의 간격에 있어서의 특정의 특징의 유무에 관한 정보를, 상기 복수의 계측선들에 있어서의 각 계측선을 식별하기 위해 사용되는 식별정보로서, 취득하는 정보 취득 유닛을 구비하는 정보처리장치를 제공한다.

본 발명의 제2의 국면은 복수의 계측선들과, 상기 복수의 계측선들의 각각에 대하여 복수의 교점들을 갖는 동시에 특정의 특징에 의해 상기 교점들 사이의 간격에 있어서의 형상이 정해지는 기준선을 포함하는 패턴 데이터를 생성하는 단계와, 상기 패턴 데이터에 근거하여, 투영 패턴광이 투영되는 피사체의 화상을 촬상하는 단계와, 상기 촬상된 화상으로부터 상기 교점들을 추출하는 단계와, 상기 촬상된 화상에 있어서의 기준선 상의 각 인접하는 쌍의 교점들 사이의 간격에 있어서의 특정의 특징의 유무를 포함하는 정보를, 상기 복수의 계측선들의 각각을 식별하기 위해 사용되는 식별정보로서 취득하는 단계를 포함하는 정보처리장치의 처리방법을 제공한다.

본 발명의 제3의 국면은 컴퓨터에 로드(load)될 때, 컴퓨터를 상술한 정보처리장치로서 기능시키기 위한 프로그램을 기억하는 컴퓨터 판독가능한 기억매체를 제공한다.

본 발명의 그 외의 특징들은 첨부된 도면을 참조하면서 이하의 실시예의 설명으로부터 밝혀질 것이다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 정보처리장치의 구성의 일례를 도시한 블럭도이다.
도 2는, 도 1에 나타낸 정보처리장치(10)의 동작의 시퀀스의 일례를 나타내는 플로차트다.
도 3a 및 3b는, 본 발명에 따른 패턴 데이터의 일례를 도시한 도면이다.
도 4a 및 4b는, 본 발명에 따른 촬상 화상의 일례를 도시한 도면이다.
도 5a 및 5b는, 패턴 추출부(14)에 의한 추출 처리의 개요의 일례를 도시한 도면이다.
도 6은, 교점 추출부(15)에 의한 교점의 추출 처리의 개요의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은, 정보 취득부(16)에 의한 처리의 시퀀스의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 8은, 기준선에 있어서의 변위의 일례를 도시한 도면이다.
도 9는, 패턴 대응시킴부(17)에 의한 처리의 시퀀스의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 10은, 패턴 대응시킴부(17)에 의한 대응시킴 처리의 개요의 일례를 도시한 도면이다.
도 11은, 패턴 대응시킴부(17)에 의한 대응시킴 처리의 개요의 일례를 도시한 도면이다.
도 12는, 3차원 형상 산출부(18)에 의한 3차원 형상의 산출 처리의 개요의 일례를 도시한 도면이다.
도 13은, 투영부(11)와 촬상부(13)와의 위치 관계의 일례를 도시한 도면이다.
도 14는, 본 발명에 따른 패턴 데이터의 일례를 도시한 도면이다.
도 15는, 본 발명에 따른 패턴 데이터의 일례를 도시한 도면이다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 정보처리장치의 구성의 일례를 도시한 도면이다. 또한, 정보처리장치(10)에는, 컴퓨터가 내장되어 있다. 컴퓨터에는, CPU등의 주제어부, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), HDD(Hard Disk Drive) 등의 기억부가 구비된다. 또한, 컴퓨터에는 버튼이나 디스플레이 또는 터치 패널 등의 유저 인터페이스와, 네트워크 카드 등의 통신부 등도 구비되어 있어도 된다. 또한, 이들 각 구성부는, 버스를 통해서 서로 접속되고, 주제어부가 기억부에 기억된 프로그램을 실행함으로써 제어된다.

정보처리장치(10)는, 투영부(11), 패턴 생성부(12), 촬상부(13), 패턴 추출부(14), 교점 추출부(15), 정보 취득부(16), 패턴 대응시킴부(17), 및 3차원 형상 산출부(18)를 구비한다. 또한, 이들 구성요소의 일부 또는 모두는, CPU가 ROM에 기억된 프로그램을 실행함으로써 실현되어도 되고, 또한 전용의 하드웨어를 사용해서 실현되어도 된다.

패턴 생성부(12)는, 투영 패턴광의 패턴 데이터를 생성한다. 패턴 데이터는, 도 3a 및 3b를 참조하면 (종선(32)에 대응하는) 기준선 패턴과, (횡선(31)에 대응하는) 계측선 패턴을 포함한다. 기준선 패턴의 각 선(32)은, 기준선 패턴의 각 선을 식별하기 위해서 특정의 특징을 지닌 형상을 갖고, 계측선 패턴의 각 계측선(31)을 식별하기 위해서 그 형상이 특징지어져 있다.

투영부(11)는, 예를 들면 프로젝터 등으로 실현되고, 패턴 생성부(12)에 의해 생성된 패턴 데이터에 근거하는 투영 패턴광을 계측 대상이 되는 물체(피사체(20))에 투영한다. 투영 패턴광은, 패턴 데이터에 근거하는 투영광이기 때문에, 투영 기준선 패턴과, 투영 계측선 패턴을 포함한다. 투영 계측선(31)은, 피사체(20)의 형상의 계측에 사용하는 멀티 슬릿광으로서 기능한다.

촬상부(13)는, 예를 들면 카메라 등으로 실현되고, 투영 패턴광이 투영된 상태의 피사체(20)를 촬상한다. 패턴 추출부(14)는, 촬상부(13)에 의해 촬상된 화상을 처리하여, 피사체(20) 위에서 투영 패턴광이 조사된 촬상 영역(촬상 패턴)을 취득한다. 패턴 추출부(14)는 촬상 기준선 패턴과 촬상 계측선 패턴을 분리해서 추출한다.

교점 추출부(15)는, 패턴 추출부(14)에 의해 추출된 촬상 계측선 패턴과 촬상 기준선 패턴이 교차하는 교점을 추출한다.

정보 취득부(16)는, 패턴 추출부(14)에 의해 추출된 촬상 기준선 패턴과, 교점 추출부(15)에 의해 추출된 교점에 의거하여, 기준선 패턴의 촬상 기준선의 각 부의 변위의 유무와 그 변위의 방향을 검출한다. 정보 취득부(16)는, 검출한 변위와 그 변위된 부분의 일차원적 위치 또는 이차원적 위치를 유지한 정보를 취득한다. 이 정보는, 촬상 계측선 패턴을 식별하기 위해 사용된다(이하, 이 정보를 식별정보라고 부른다).

패턴 대응시킴부(17)는, 정보 취득부(16)에 의해 취득된 식별정보에 의거하여 투영 계측선과 촬상 계측선을 서로 대응시킨다. 구체적으로는, 패턴 대응시킴부(17)는, 우선, 식별정보를 포함하는 정보에 의거하여 투영 기준선과 촬상 기준선을 서로 대응시킨다. 그리고, 그 대응시킨 결과에 근거해서, 패턴 대응시킴부(17)는 투영 계측선과 촬상 계측선을 서로 대응시킨다.

3차원 형상 산출부(18)는, 투영부(11) 및 촬상부(13)의 위치 관계와, 패턴 대응시킴부(17)에 의해 서로 대응된 계측선 간의 대응관계에 의거하여 촬상부(13)와 피사체(20)와의 사이의 깊이, 즉, 피사체(20)의 3차원 형상을 산출한다.

이상이 정보처리장치(10)에 있어서의 기능적인 구성의 일례에 관한 설명이지만, 정보처리장치(10)의 구성은 어디까지나 일례이며, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 투영부(11)와 촬상부(13)는, 반드시, 정보처리장치(10)의 구성요소로서 설정될 필요는 없다. 즉, 정보처리장치(10)는, 투영부(11)에 대하여 패턴 데이터를 출력하고, 또한 촬상부(13)에 의해 촬상된 화상을 입력하도록 구성된다.

다음에, 도 2를 사용하여, 도 1에 나타낸 정보처리장치(10)에 있어서의 동작의 시퀀스의 일례에 관하여 설명한다.

[S101]

정보처리장치(10)는, 패턴 생성부(12)에 있어서, 투영 패턴광에 사용하는 패턴 데이터를 생성한다. 패턴 데이터는, 예를 들면 도 3a에 나타나 있는 바와 같이 복수의 계측선(31)과, 1 또는 복수의 기준선(32)이 교차하는 격자 형상의 패턴으로 구성된다. 이 경우, 계측선(31)은, 횡선에 해당하고, 기준선(32)은, 종선에 해당한다.

계측선(31)에는, 각 선분을 유일하게 식별하는 식별 번호가 투영 ID 번호(K=0, 1, 2 .., K_max)로서 도 3a의 상부측으로부터 오름차순으로 부여되어 있다.기준선(32)에는, 각 선분을 유일하게 식별하는 식별 번호가 투영 ID 번호(L=0, 1, 2‥, L_max )로서 도 3a의 좌측으로부터 오름차순으로 부여되어 있다.

기준선(32)은, 도 3b에 나타나 있는 바와 같이 인접하는 2개의 계측선과의 사이에서 형성되는 기준선(32) 상의 교점 사이(교점 41 및 42)에서 구분된 영역마다, 직선 또는 다각형의 직선의 좌우 변위를 통해서 형성된 특정의 특징 또는 특징적 형상을 갖고 있다. 교점 41 및 교점 42를 연결하는 직선 43에 대하여, 변위가 없는 직선을 "0"으로서 정의하고, 직선 43에 대하여 좌측으로 변위된 다각형의 선을 "1"로서 정의하며, 직선 43에 대하여 우측으로 변위된 다각형의 선을 "2"로서 정의한다. 이들 3종류의 단위부호가 기준선(32)에 부가되어 있다.

도 3b의 경우, 투영 부호정보 H는, 왼쪽으로 변위된 다각형의 선의 존재로 인해 "1"을 갖는다. 투영 부호정보 H는, 인접하는 2개의 교점으로 둘러싸인 영역마다 존재한다. 투영 부호정보 H는, 각 기준선(32)(l=0, 1, 2, …, L_max)와, 해당 기준선(32)과 교차하는 계측선(31)의 수 K_max-1을 포함하는 배열로 나타낸다. 이 배열(투영 부호열)은, 투영 부호정보 H_la(a=0, 1, 2, .., K_max-1)을 형성한다. 투영 부호열을 사용하여, 복수의 계측선(31)을 유일하게 식별할 필요가 있기 때문에, 사용하는 투영 부호열은, 자기상관의 피크가 날카롭고, 자신의 부호열 이외와의 상호 상관성이 낮은 특성을 갖는 것이 바람직하다.

본 실시예에 있어서는, 이러한 특성을 갖는 투영 부호열로서, "0"∼"2"의 범위 내에 있는 값을 갖는 자연 난수열을 사용하는 경우를 예로 든다. 기준선(32)과 계측선(31)과의 분리 및 추출을 쉽게 하기 위해서, 각각의 패턴은, 예를 들면 다른 색성분으로 구성된다. 본 실시예에 있어서는, 기준선(32)은 적색 성분으로 구성되고, 계측선(31)은 청색 성분으로 구성되는 경우를 예로 든다.

[S102 & S103]

다음에, 정보처리장치(10)는, 투영부(11)에 있어서, 스텝 S101의 처리에서 생성된 패턴 데이터를 사용해서 피사체(20)를 향해서 투영 패턴광을 투영한다. 그리고, 정보처리장치(10)는 촬상부(13)에 있어서, 투영 패턴광이 투영되어 있는 피사체(20)의 화상을 촬상한다. 이에 따라, 도 4a에 나타내는 촬상 화상(51)을 취득할 수 있다.

[S104]

정보처리장치(10)는, 패턴 추출부(14)에 있어서, 투영 패턴과 피사체(20)를 포함하는 촬상 패턴을 촬상 화상(51)으로부터 추출한다. 구체적으로는, 도 4b에 나타나 있는 바와 같이, 투영 패턴광이 조사된 피사체(20) 위의 영역을 촬상 패턴(52)으로서, 스텝 S103의 처리에서 취득한 촬상 화상(51)으로부터 추출한다.

이 추출 처리에서는, 도 5a에 나타나 있는 바와 같이, 우선, 기준선(적색 성분)의 촬상 패턴(53)만을 선택하고, 그것에 대해서 2치화 처리를 행한다. 이에 따라, 촬상 기준선(54)을 추출한다. 마찬가지로, 도 5b에 나타나 있는 바와 같이, 계측선 패턴(청색 성분)의 촬상 패턴(55)만을 선택하고, 그것에 대해서 2치화 처리를 행한다. 이에 따라, 촬상 계측선(56)을 추출한다. 다음에, 이들의 분리 추출한 각 촬상 계측선(56) 및 각 촬상 기준선(54)에 대하여 연속한 영역으로 라벨링(labeling)한다. 이 라벨링에 의해, 촬상 계측선(56)에는, 각 영역에 고유한 촬상 ID 번호(m = 0, 1, 2, ‥, M_max)가 부여된다. 또한, 촬상 기준선(54)에도, 각 영역에 고유한 촬상 ID 번호(n = 0, 1, 2, .., N_max)가 부여된다.

[S105]

다음에, 정보처리장치(10)는, 교점 추출부(15)에 있어서, 촬상 계측선 패턴과, 촬상 기준선 패턴이 서로 교차하고 있는 영역을 교점으로서 추출한다. 촬상 계측선(56) 및 촬상 기준선(54)은, 도 6에 나타나 있는 바와 같이, 각각 일정한 폭을 가지고 있다. 그 때문에, 이들 2개의 선이 서로 교차하는 교차 영역(61)은 일정한 면적을 가지고 있다. 정보처리장치(10)는 교점 추출부(15)에 있어서, 이 교차 영역(61)의 중심위치를 계산하고, 그것을 교점 62로서 추출한다.

[S106]

교점 62의 추출이 끝나면, 정보처리장치(10)는, 정보 취득부(16)에 있어서, 스텝 S104의 처리에서 추출한 촬상 기준선 패턴과, 스텝 S105의 처리에서 추출한 교점을 사용하여, 촬상 기준선 패턴에 부가되어 있는 촬상 부호정보Ⅰ을 취득한다. 여기에서, 도 7을 참조하여, 촬상 부호정보Ⅰ을 취득할 때의 처리의 시퀀스의 일례에 관하여 설명한다.

[S201 & S202]

정보 취득부(16)는, 우선, 처리 대상이 되는 촬상 기준선 패턴의 촬상 ID 번호를 나타내는 n을 초기값(이 경우, 0)으로 설정한다. 정보 취득부(16)는 촬상 ID 번호가 n번째인 촬상 기준선 패턴을 선택하고, 촬상 계측선 패턴과의 교점마다 해당 n번째의 촬상 기준선 패턴을 분할한다. 이에 따라, n번째의 촬상 기준선 패턴은, 복수의 선분 S_nb(b = 0, 1, 2,…, M_max-1)으로 분할된다. 또한, M_max는, 촬상 계측선 패턴의 수를 나타낸다.

[S203]

다음에, 정보 취득부(16)는, 선분 S_nb에 있어서의 각 영역의 변위 W_nb을 계산한다. 도 8은, 어떤 촬상 기준선 패턴의 선분 S_nb과, 그 주변영역의 일례를 나타낸다.

촬상 기준선 패턴에 있어서의 선분 S_nb의 양단의 점, 즉, (인접한다) 촬상 계측선 패턴 81 및 82과의 교점의 위치를 각각 교점 P_nb1, P_nb2으로서 정의한다. 그리고, 교점 간의 중점을 중점 Q_nb으로서 정의하고, X축과 평행이며 또한 중점 Q_nb을 통과하는 직선을 평행선 83으로서 정의한다. 또한, 이 평행선 83과, 촬상 기준선 패턴에 있어서의 선분 S_nb과의 교점을 교점 R_nb로서 정의한다. 이 경우, 평행선 83 위에 있어서의 중점 Q_nb와 교점 R_nb와의 위치의 차가 선분 S_nb에 있어서의 변위 W_nb이 된다. 이 변위 W_nb은, 선분 S_nb에 있어서의 각 영역(즉, b(b = 0, 1, 2, ..., M_max-1)) 모두에 대하여 산출한다.

[S204]

각 영역의 변위 W_nb을 취득하면, 정보 취득부(16)는, 식(1)을 사용해서 선분S_nb에 있어서의 각 영역 (즉, b(b = 0, 1, 2, ..., M_max-1)) 모두에 대하여 촬상 부호정보 I_nb을 산출한다.

여기에서, Threshold는, 촬상 부호정보 I_nb을 판정하기 위한 판정기준이 되는 임계값이다. 이 임계값에 의거하여, 각 변위 W_nb의 값(본 실시예에 있어서는, "0"∼"2")이 취득된다.

[S205 & S206]

정보 취득부(16)는, n에 1 가산한 후, n과 촬상 기준선 패턴의 촬상 ID 번호의 최대값(N_max)을 비교한다. n ≥ N_max이면, 이 처리는 종료하지만, 그렇지 않으면, 다시 처리가 스텝 S202로 돌아간다. 또한, 각 영역의 촬상 부호정보 I_nb(b = 0, 1, 2, ..., M_max -1, n=0, 1, 2, ..., N_max)은, 촬상 계측선 패턴의 식별정보로서 사용할 수 있다.

[S107]

도 2의 설명으로 돌아가서, 정보처리장치(10)는, 패턴 대응시킴부(17)에 있어서, 촬상 기준선 패턴과 투영 기준선 패턴을 서로 대응시킨다. 구체적으로는, 도 5a에 나타낸 촬상 기준선(54)의 촬상 ID 번호와, 도 3a에 나타낸 기준선(32)의 투영 ID 번호를 서로 대응시킨다. 이러한 대응은, 패턴 추출부(14)에 의해 추출된 촬상 기준선과, 정보 취득부(16)에 의해 취득된 촬상 부호정보 I_nb과, 패턴 데이터에 사용되고 있는 투영 부호정보 H_la에 근거해서 행해진다. 여기에서, 도 9를 사용하여, 기준선을 서로 대응시키는 처리의 시퀀스의 일례에 관하여 설명한다. 여기에서는, (투영) 기준선 패턴에 대응하는 촬상 기준선 패턴의 촬상 ID 번호 N_ref를 탐색함으로써 대응시킴을 행하는 경우에 관하여 설명한다.

[S301 & S302]

패턴 대응시킴부(17)는, 처리 대상이 되는 촬상 ID 번호를 나타내는 변수 n을 초기값 (이 경우, 0)으로 설정하는 동시에, 최대 상관값 C_max를 초기값(이 경우, 0)으로 설정한다.

[S303]

다음에, 패턴 대응시킴부(17)는, 식(2)을 사용하여, 도 2에 나타내는 스텝 S106의 처리에서 계산된 촬상 부호정보 I_nb과, 투영 부호정보 H_refb(b=0, 1, 2, ..M_max-1)과의 상관계수 C_n을 계산한다.

여기에서, I_n 및 H_ref는 각각, I_n 및 H_ref(b = 0, 1, 2,…M_max-1)의 범위 내의 모든 요소에 대한 상가평균이다.

실제로는, 투영 부호정보 H_refa(a = 0, 1, 2, ..., K_max -1)과, 촬상 부호정보 I_nb(b = 0, 1, 2, ..., M_max-1)의 a 및 b의 요소수는 항상 같지 않다. 여기에서는, 설명의 편의상, b ＝a라고 가정해서 상관계수를 계산하는 경우를 예로 든다.

[S304, S305, & S306]

여기에서, 패턴 대응시킴부(17)는, C_n과 C_max를 비교한다. C_n >> C_max이면, 처리는 스텝 S305 및 S306로 진행하고, C_max에 C_n을 대입하고, N_ref에 n을 대입한다. 그렇지 않으면, 처리는 스텝 S307로 바로 진행한다.

[S307 & S308]

패턴 대응시킴부(17)는, n에 1 가산한 후, n과, 촬상 기준선 패턴의 촬상 ID 번호의 최대값(N_max)을 비교한다. n ≥ N_max이면, 이 처리를 종료하지만, 그렇지 않으면, 처리가 다시 스텝 S303로 돌아간다. 전술한 처리의 반복에 의해, 투영 부호정보 H_ref가 부가된 기준선 패턴에 대응하는 촬상 기준선 패턴의 촬상 ID 번호 N_ref이 검출된다.

[S108]

도 2로 돌아가서, 정보처리장치(10)는, 패턴 대응시킴부(17)에 있어서, 촬상 계측선과 투영 계측선을 서로 대응시킨다. 구체적으로는, 도 5b에 나타내는 촬상 계측선 56의 촬상 ID 번호와, 도 3a에 나타내는 투영 계측선 31의 투영 ID 번호를 서로 대응시킨다.

스텝 S107의 처리에서, (투영)기준선과 촬상 ID 번호 N_ref를 대응시킨다. 여기에서, 스텝 S107의 처리에서는, 촬상 계측선과, 이미 대응되어 있었던 촬상 기준선과의 교점에 의해 성립된 위상 기하학적인 위치 관계에 의거하여 촬상 계측선이 투영 계측선과 대응되어 있다.

또한, 촬상 기준선 패턴은, 전술한 바와 같이, 복수의 선분 S_nb으로 분할되어 있기 때문에(도 7의 스텝 S202 참조), 교차하는 촬상 계측선의 투영 ID 번호를 유일하게 결정할 수 있다. 예를 들면, 도 10에 나타나 있는 바와 같이, 촬상 기준선 패턴 91에 있어서의 임의의 선분 S_nb과 교차하는 촬상 계측선 패턴 92(도 10에서 상측의 계측선 패턴)은 투영 ID 번호 b를 갖는다. 또한, 임의의 선분 S_nb과 교차하는 촬상 계측선 패턴 93(도 10에서 하측의 계측선 패턴)은 투영 ID 번호 b+1을 갖는다.

도 11에 나타나 있는 바와 같이, 이미 대응되어 있었던 촬상 기준선 패턴 101에 있어서의 임의의 선분 S_nb의 (도 11에서 상측) 점을 기준위치 102로서 정의한다. 해당 기준위치 102로부터 선분 상의 교점에 의해 형성된 경로를 추적하면, 촬상 패턴이 노이즈나 단차 등에 의해 끊어져도, 임의의 촬상 계측선 패턴에 도달할 수 있다. 이때, 종방향 및 횡방향의 선 단위의 이동량을 카운트한다.

여기에서, 촬상 기준선 패턴 101은, 이미 대응되어 있었던 패턴이며, 촬상 기준선 패턴 103은, 미대응 패턴이다. 이 경우, 촬상 기준선 패턴 103은, 선분S_nb에 있어서의 (도 11의 상측의) 점 102(기준위치)로부터 경로 104를 추적하면, 이미 대응시켜져 있었던 촬상 기준선 패턴 101로부터 횡방향으로 +2 이동한 위치에 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 미대응시킴의 촬상 계측선 패턴 105는, 점 102(기준위치)로부터 경로 106을 추적하면, 점 102(기준위치)로부터 종방향으로 +2 이동한 위치에 있다는 것을 알 수 있다.

이미 대응시켜져 있었던 기준선 패턴 101은 투영 ID 번호 N=2를 갖고, 선분S_nb이 b=3을 갖는다. 이 경우, 기준선 패턴에 관한 이들 정보와, 해당 기준선 패턴으로부터의 이동량에 의거하여, 촬상 기준선 패턴 103은 투영 ID 번호 N=4를 갖는다는 것을 알 수 있고, 촬상 계측선 패턴 105는 투영 ID 번호 M=5를 갖는다는 것을 알 수 있다.

이렇게 하여, 미대응시킨 촬상 계측선들을 투영 계측선들과 대응시키고, 동시에 도 2의 스텝 S107의 처리에서 아직 대응시켜지지 않았던 촬상 기준선들도 대응시킨다. 이에 따라 기준위치로서 사용할 수 있는 점의 개수를 늘릴 수 있다. 이 처리를 모든 미대응시킨 촬상 기준선들 및 미대응시킨 촬상 계측선들에 대하여 행한다. 이에 따라 모든 촬상 계측선들의 촬상 ID 번호와 투영 ID 번호를 대응시킨다.

[S109]

정보처리장치(10)는, 3차원 형상 산출부(18)에 있어서, 이미 대응시켜져 있었던 촬상 계측선 패턴에 의거하여 피사체(20)의 형상을 산출(계측)한다. 도 12를 사용하여, 3차원 형상의 산출 처리의 개요의 일례에 관하여 설명한다. 여기에서는, 촬상부(13)의 주점 위치 121을 원점 (0, 0)으로서 사용하는 촬상부(13)의 좌표계 122를 사용하여, 이미 대응시켜져 있었던 촬상 계측선 패턴 123 위에 있어서의 임의의 계측점 124의 위치를 계측하는 경우에 대해서 예를 제시한다.

투영부(11)에 의해 투영되는 투영 계측선을 직선이라고 했을 경우, 이미 대응되어 있었던 촬상 계측선 패턴 123은, 투영 계측선에 의해 형성된 평면과 피사체(20)와의 교선(intersection line)이 된다. 여기에서, 투영 계측선에 의해 형성된 광절단 평면(125)은, 촬상부(13)의 좌표계를 사용하여, 식(3)으로 미리 교정되어 있는 것으로 한다.

ax + by + cz + d = 0 ···(3)

또한, 이미 대응시켜져 있었던 촬상 계측선 패턴 123을 형성하는 점은, 촬상부(13)에 의해 촬상된 촬상 화상(126) 위의 투영점 127의 위치 P(Px, Py, -f)을 사용하여, 식(4)으로 나타내는 직선 128 위에 존재한다.

여기에서, t는 임의의 실수를 취하는 파라미터이다. 촬상 화상(126)은, 촬상부(13)를 핀홀 카메라라고 가정했을 경우의 촬상소자 상에 있어서의 투영 화상과 같은 실제 치수를 갖는다. 또한, 촬상 화상(126)은, 촬상부(13)의 좌표계에 있어서의 X-Y 평면에 대하여 평행하고, 또한, 화상의 중심이 원점위치부터 Z축방향으로 초점거리 -f만큼 떨어진 위치에 배치되어 있는 것으로 한다.

식(3)으로 나타낸 광절단 평면(125)과, 식(4)으로 나타낸 직선(128) 간의 교점은 계측점(124)이 된다. 그 때문에, 계측점(124)의 위치 C(Cx, Cy, Cz)는, 촬상부(13)의 좌표계에 있어서 식(5)으로 나타낸다.

이상의 계산을 모든 이미 대응시켜져 있었던 촬상 계측선(123)에 대하여 행한다. 이것에 의해 취득한 계측점(124)의 집합에 의거해, 피사체(20)의 형상이 취득된다. 이러한 순서를 행하는 것에 의해, 종래 방법에 비하여, 보다 높은 밀도로 격자 패턴을 투영할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 피사체의 3차원 계측시에 사용하는 투영 패턴을 보다 높은 밀도로 투영할 수 있기 때문에, 3차원 형상의 계측 정밀도를 향상시킨다.

이상이 본 발명의 대표적인 실시예의 예이지만, 본 발명은, 상기 및 도면에 나타내는 실시예에 한정하는 않고, 그 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 적당하게 변형해서 실시할 수 있다.

예를 들면, 패턴 생성부(12)에 의한 패턴 데이터의 생성에서는(도 2의 스텝 S101), 반드시 매회 새로운 패턴 데이터를 생성할 필요는 없다. 한번 생성한 패턴 데이터를, 기억부를 사용해서 기억해도 되고, 다음에 필요하게 되었을 경우에는, 기억부로부터 판독해도 된다. 이 구성에 의해, 예를 들면 촬상하는 피사체가 한정되고, 최적의 패턴 데이터가 사전에 결정되는 경우에는, 처리의 고속화를 꾀할 수 있다.

또한, 도 7의 스텝 S203의 처리에서는, 선분 S_nb과 인접하는 교점 P_nb1 및 P_nb2가 동일한 평면 위에 존재하는 것으로 가정하고 선분 S_nb에 있어서의 변위 W_nb의 계산을 행한다. 이 가정에 의해, 대상이 되는 피사체는, 어느 정도의 평면성이나 연속성을 가지는 물리적 피사체(physical object)에 한정된다. 이 한정을 경감하기 위해서는, 투영 기준선 패턴은, 촬상부(13) 및 투영부(11)의 쌍방의 주점에 의해 형성된 직선과 동일 평면 내, 혹은 동일 평면에 가까운 배치로 투영하여, 투영 기준선 패턴에 있어서의 변위를 가능한 한 변화시키지 않고 촬상하는 것이 바람직하다.

특히, 도 13에 나타나 있는 바와 같이, 투영부(11)과 촬상부(13)의 광축이 서로 평행하게 배치되고, 투영부(11)의 주점 131, 촬상부(13)의 주점 132, 및 투영 기준선 패턴 133과 투영 계측선 패턴 134과의 교점 135가 동일 평면 내에 존재하는 배치가 바람직하다. 이러한 배치의 경우, 선분 S_nb에 있어서의 변위 W_nb는, 피사체의 경사와 깊이에 의존하지 않고, 항상 일정한 크기를 갖는다. 전술한 설명에서는, 투영 기준선 패턴에 대하여, 변위 없음, 왼쪽으로 변위, 및 오른쪽으로 변위의 3종류의 부호정보 중 하나를 부가하고 있지만, 이러한 배치의 경우, 변위 W_nb이 항상 일정한 값을 갖기 때문에, 변위의 유무뿐만 아니라, 변위량(소정량의 변위)도 부호정보로서 취급할 수 있다. 변위량을 부호정보로서 사용할 경우에는, 투영부와 촬상부의 배치, 해상도 등의 조건에 의거해서, 오류 검출을 일으키지 않는 정도로 이산화하는 것이 바람직하다.

본 실시예에 있어서는, 도 3a에 나타나 있는 바와 같이, 일정한 폭의 다각형의 선으로 기준선 패턴이 형성되기 때문에, 피사체에의 투영시에 휘도의 적은 변화로 쉽게 검출되지만, 기준선 패턴은, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 부호정보의 부가를 우선할 경우에는, 도 14에 나타나 있는 바와 같이, 폭이 일정하지 않은 투영 패턴광을 사용해도 된다. 도 14의 경우, 기준선 패턴 141은, 변위 W_nb에 해당하는 변위를, 패턴의 우측 엣지 142 및 좌측 엣지 143의 쌍방에 갖고 있다. 이 경우, 교점 144과 교점 145를 연결하는 직선에 대하여, 우측 엣지 142 및 좌측 엣지 143은 각각, 1. 우/우, 2. 우/무, 3. 무/무, 4.무/좌, 5. 좌/좌(우:우방향으로 변위, 좌:좌방향으로 변위, 무:변위없음을 나타낸다)의 5종류의 변위를 갖는다. 그 때문에 전술한 실시예의 경우(3종류)보다도, 더 많은 부호정보를 부가할 수 있다. 보다 많은 부호정보를 부가할 경우, 패턴 데이터로서, 보다 자기상관성의 피크가 날카롭고, 자신의 부호열과의 상호상관성이 낮은 부호열을 사용할 수 있으므로, 기준선을 서로 대응시키는 능력을 향상시킨다.

또한, 도 14의 경우, 투영 패턴광은 폭이 일정할 필요가 없기 때문에, 도 15에 나타낸 바와 같은 기준선 패턴 151을 채용해도 된다. 이렇게, 좌우의 엣지의 변위를 완만하게 함으로써, 도 2의 스텝 S104의 처리에 있어서의 촬상 패턴광의 추출을, 중단없이 더 확실하게 행할 수 있다.

전술한 바와 같이, 패턴 데이터의 투영 부호정보 H_la(a=0, 1, 2, ..., K_max-1)에서 사용하는 부호열은, 촬상 기준선을 대응시키는 성능에 크게 영향을 주고 있다. 보다 많은 투영 부호정보를 부가하는 이외에도, 보다 적절한 부호열의 사용에 의해 성능을 향상시킬 수도 있다. 패턴 데이터의 부호열로서 자연 난수열을 사용하고 있지만, 이것을 의사 랜덤성이 있는 M계열이나 de Bruijn 계열 등으로 치환해도 된다. 이들의 의사 랜덤성의 계열은, 자기상관/상호상관의 특성이 완전하게 알려져 있었던 특성을 갖는다. 이들의 계열을 사용하는 경우, 충분한 길이의 부호열을 사용할 수 있거나, 또는 촬상하는 깊이 범위를 한정하여, 도 9에 있어서의 대응시킴의 후보 n(0, 1, 2, ..., N_max)을 삭감할 수 있는 조건하에서는, 보다 양호 또한 확실하게 촬상 기준선의 대응시킴을 행할 수 있다.

또한, 상기 실시예에 있어서는, 각 ID가 다른 계측선들은 패턴 데이터의 투영 부호정보 H_la(a = 0, 1, 2,..., K_max-1)에서 사용하는 부호열을 가지고 있어, 이차원적인 위치 정보를 취득한다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 계측선 패턴끼리의 상하의 위치 관계를 나타내는 일차원의 위치 정보만이 필요한 경우에는, 상기 실시예에서 사용하는 부호열을 단순화해서 모든 계측선 패턴에 대해서 동일한 부호열을 사용해도 된다. 이러한 단순화에 의해, 계산을 고속화할 수 있다.

또한, 도 9의 스텝 S303의 처리에서는, 투영 부호정보 H_refa(a = 0, 1, 2,…, K_max-1)와 촬상 부호정보 I_nb(b = 0, 1, 2, …, M_max-1)의 요소 수를 b=a라고 가정하고 있다. 그러나, 실제의 촬상 계측선의 수 M_max는, 투영 계측선의 수 K_max와는 항상 같지 않다. 노이즈나 피사체의 요철에 의한 차폐 등의 촬상시의 영향에 의해, M_max≠ K_max가 되는 경우가 있다. 이 경우, 식(2)에 의한 상관계수의 계산이 정확하게 행해지지 않아, 대응 짓기에 실패할 가능성이 있다. 이것에 대처하기 위해서, 식(2)을 이용하는 대신에, 요소 수가 다른 배열을 이용해서 계산을 행할 수 있는 동적 프로그래밍을 채용하는 매칭을 행해도 된다.

또한, 본 발명은, 예를 들면 시스템, 장치, 방법, 프로그램, 혹은 기억매체로서 실현될 수도 있다. 구체적으로는, 본 발명을 복수의 기기로 구성되는 시스템에 적용해도 되고, 또한 하나의 기기로 이루어지는 장치에 적용해도 된다.

(그 외의 실시예)

본 발명의 실시예들은, 상술한 실시예(들)의 기능들을 행하도록 메모리 디바이스 상에 기록된 프로그램을 판독 및 실행하는 시스템 또는 장치의 컴퓨터(또는 CPU 혹은 MPU와 같은 디바이스)에 의해서도 실현될 수 있고, 또 예를 들면 상술한 실시예의 기능을 행하도록 메모리 디바이스 상에 기록된 프로그램을 판독 및 실행함으로써 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해 행해지는 방법의 스텝들에 의해 실현될 수 있다. 이 목적을 위해서, 이 프로그램을, 예를 들면 메모리 디바이스(예를 들면, 컴퓨터 판독가능한 매체)로서 기능을 하는 다양한 형태의 기록매체로부터 또는 네트워크를 통해서 컴퓨터에 제공한다.

본 발명은 예시적인 실시 예를 참조하면서 설명되었지만, 본 발명은 이 개시된 예시적인 실시 예에 한정되는 것이 아니라는 것이 이해될 것이다. 이하의 특허청구범위의 범주는 모든 변형 및 균등구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

1. 복수의 계측선들과, 상기 복수의 계측선들에 대하여 복수의 교점들을 갖는 동시에 특정의 특징에 의해 상기 교점들 사이의 간격에 있어서의 형상이 정해지는 기준선을 포함하는 패턴 데이터를 생성하는 패턴 생성 유닛과,
   상기 패턴 생성 유닛에 의해 생성된 상기 패턴 데이터에 근거하여, 투영 패턴광이 투영되는 피사체의 화상을 촬상하는 촬상 유닛과,
   상기 촬상 유닛에 의해 촬상된 화상으로부터 상기 교점들을 추출하는 교점 추출 유닛과,
   상기 촬상된 화상에 있어서의 기준선 상의 각 인접하는 쌍의 교점들 사이의 간격에 있어서의 특정의 특징의 유무에 관한 정보를, 상기 복수의 계측선들에 있어서의 각 계측선을 식별하기 위해 사용되는 식별정보로서 취득하는 정보 취득 유닛을 구비하는 정보처리장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 패턴 생성 유닛은 복수의 기준선들을 포함하는 패턴 데이터를 생성하고, 상기 복수의 기준선들의 각각은 상기 복수의 계측선들에 대하여 복수의 교점들을 갖는 정보처리장치.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 정보 취득 유닛에 의해 취득된 상기 식별 정보에 의거하여, 상기 패턴 데이터에 있어서의 기준선과 상기 촬상된 화상에 있어서의 기준선을 대응시키고, 대응시킨 결과에 의거하여 상기 패턴 데이터에 있어서의 계측선들과 상기 촬상된 화상에 있어서의 계측선들을 서로 대응시키는 대응시킴 유닛을 더 구비하는 정보처리장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 투영 패턴광을 투영하는 투영 유닛과 상기 투영 패턴광이 투영되는 피사체의 화상을 촬상하는 상기 촬상 유닛 간의 위치 관계와, 상기 투영 패턴광에 있어서의 계측선들과 상기 촬상된 화상에 있어서의 계측선들 간의 대응관계에 의거하여, 상기 피사체의 3차원 형상을 산출하는 형상 산출 유닛을 더 구비하는 정보처리장치.
   
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 계측선 및 상기 기준선은, 각각 상이한 색성분으로 구성되고,
   상기 교점 추출 유닛은, 상기 색성분에 의거하여 상기 촬상된 화상으로부터 상기 계측선과 상기 기준선을 분리해서 추출하고, 상기 추출한 기준선 및 계측선에 의거하여 상기 교점들을 추출하는 정보처리장치.
   
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 기준선은, 상기 교점들을 서로 연결하는 직선의 한측 또는 다른 측에 대하여 변위를 갖거나 변위를 갖지 않는 것에 의해 특정의 특징이 정해지고,
   상기 정보 취득 유닛은, 상기 특정의 특징의 유무에 의거하여 상기 식별정보를 취득하는 정보처리장치.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 특정의 특징은 다각형의 선형 형상을 갖는 정보처리장치.
   
8. 복수의 계측선들과, 상기 복수의 계측선들의 각각에 대하여 복수의 교점들을 갖는 동시에 특정의 특징에 의해 상기 교점들 사이의 간격에 있어서의 형상이 정해지는 기준선을 포함하는 패턴 데이터를 생성하는 단계와,
   상기 패턴 데이터에 근거하여, 투영 패턴광이 투영되는 피사체의 화상을 촬상하는 단계와,
   상기 촬상된 화상으로부터 상기 교점들을 추출하는 단계와,
   상기 촬상된 화상에 있어서의 기준선 상의 각 인접하는 쌍의 교점들 사이의 간격에 있어서의 특정의 특징의 유무를 포함하는 정보를, 상기 복수의 계측선들의 각각을 식별하기 위해 사용되는 식별정보로서 취득하는 단계를 포함하는, 정보처리장치의 처리방법.
   
9. 컴퓨터에 로드될 때, 컴퓨터를 청구항 1의 정보처리장치로서 기능시키기 위한 프로그램을 기억하는 컴퓨터 판독가능한 기억매체.

Images