JPH0942940A - 3次元物体の形状計測方法及び装置 - Google Patents
3次元物体の形状計測方法及び装置Info
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- JPH0942940A JPH0942940A JP7198323A JP19832395A JPH0942940A JP H0942940 A JPH0942940 A JP H0942940A JP 7198323 A JP7198323 A JP 7198323A JP 19832395 A JP19832395 A JP 19832395A JP H0942940 A JPH0942940 A JP H0942940A
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- Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 被計測体の3次元物体の形状を高精度に計測
する。 【解決手段】 左右の撮像装置70、80によりまず被
計測体のみを撮像してその画像データをメモリ90、1
00に保持し、次にパターン投影器20により2次元パ
ターン10を被計測体に投影した状態で撮像し、その画
像データからメモリ90、100に保持した画像データ
を加算器110、120で減算して2次元パターン10
のみの画像データを求め、これに基づいて形状演算部5
0はパターン投影法による形状演算を行う。この演算結
果を利用して形状演算部130はメモリ90、100に
保持した画像データから両眼立体視法による形状演算を
行う。
する。 【解決手段】 左右の撮像装置70、80によりまず被
計測体のみを撮像してその画像データをメモリ90、1
00に保持し、次にパターン投影器20により2次元パ
ターン10を被計測体に投影した状態で撮像し、その画
像データからメモリ90、100に保持した画像データ
を加算器110、120で減算して2次元パターン10
のみの画像データを求め、これに基づいて形状演算部5
0はパターン投影法による形状演算を行う。この演算結
果を利用して形状演算部130はメモリ90、100に
保持した画像データから両眼立体視法による形状演算を
行う。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は被計測体の3次元情
報を抽出して入力する3次元物体の形状計測方法及び装
置に関するものである。
報を抽出して入力する3次元物体の形状計測方法及び装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の3次元物体の形状計測装置は、位
置の異なる2台のカメラから得られたステレオの画像間
の対応付けを行い、その対応付けの結果と予め計測され
ている2台のカメラの位置関係とから3角測量の原理に
基づき被写体(被計測体)までの絶対距離を求める両眼
立体視法が一般的である。また、画像の対応付けの精度
を上げるためにもう1台のカメラを導入する多眼視の技
術も提案されている(日経メカニカル、1984年1月
2日号)。
置の異なる2台のカメラから得られたステレオの画像間
の対応付けを行い、その対応付けの結果と予め計測され
ている2台のカメラの位置関係とから3角測量の原理に
基づき被写体(被計測体)までの絶対距離を求める両眼
立体視法が一般的である。また、画像の対応付けの精度
を上げるためにもう1台のカメラを導入する多眼視の技
術も提案されている(日経メカニカル、1984年1月
2日号)。
【0003】また、上記画像同士の対応付けを容易にす
るために、片方のカメラを光源に置き換え、被写体表面
での上記光源の像をもう一方の視点に設置したカメラで
観察し、上記両眼立体視法と同様に3角測量原理に基づ
き立体計測する光投影法も一般的である。この光投影法
は困難な画像間の対応付けを行う必要がなく、また、被
写体への依存度も低く実用性も高いため、高精度な3次
元計測の分野で一定の成果をあげている。
るために、片方のカメラを光源に置き換え、被写体表面
での上記光源の像をもう一方の視点に設置したカメラで
観察し、上記両眼立体視法と同様に3角測量原理に基づ
き立体計測する光投影法も一般的である。この光投影法
は困難な画像間の対応付けを行う必要がなく、また、被
写体への依存度も低く実用性も高いため、高精度な3次
元計測の分野で一定の成果をあげている。
【0004】上記光投影法は、その光源の投影方法によ
りスポット光投影法、スリット光投影法、パターン光投
影法に分類することができる。スポット光投影法では、
スポット光を被計測体に投影し、そのスポット光により
照らされる被写体表面上の1点をもう一方の視点に設置
したカメラから得られる画像から検出する。このスポッ
ト光投影法では、1回の画像入力で被写体の1点の立体
計測しか行えない。また、スリット光投影法は、スリッ
ト状の光を投影する方法で、1回の画像入力で被写体の
1ラインの立体計測ができる。以上説明した2つの光投
影法では、被写体全域の立体計測をするためには投影光
を偏向させながら何度も画像入力を繰り返す必要があ
り、計測に時間がかかる。
りスポット光投影法、スリット光投影法、パターン光投
影法に分類することができる。スポット光投影法では、
スポット光を被計測体に投影し、そのスポット光により
照らされる被写体表面上の1点をもう一方の視点に設置
したカメラから得られる画像から検出する。このスポッ
ト光投影法では、1回の画像入力で被写体の1点の立体
計測しか行えない。また、スリット光投影法は、スリッ
ト状の光を投影する方法で、1回の画像入力で被写体の
1ラインの立体計測ができる。以上説明した2つの光投
影法では、被写体全域の立体計測をするためには投影光
を偏向させながら何度も画像入力を繰り返す必要があ
り、計測に時間がかかる。
【0005】上記パターン光投影法は、格子パターンの
ような2次元的なパターンを投影するもので、画像の入
力は1回で済むものの、被写体の面が不連続な部分でパ
ターン像も不連続となり、再び対応付けの問題が発生す
る。そこで、投影パターンの色や形などに特徴を持たせ
る方法、異なる投影パターンを時系列に数回投影する方
法、もう1台のカメラを導入して対応付けの真偽判定す
る方法(特公平2−4030号公報)、パターン投影器
の位置は未知として専らパターンの投影だけのために設
置し、これを非同一直線状の少なくとも3ヶ所以上から
パターンの2次元画像を取得する方法(特開昭62−2
06684、NTT)等が提案されている。その他、パ
ターン光投影法の1種として、規則的なパターンを被計
測体に投影して得られる1枚の画像から当被計測体表面
の各点の法線を求めるテキスチャ投影法も広く知られて
いる。
ような2次元的なパターンを投影するもので、画像の入
力は1回で済むものの、被写体の面が不連続な部分でパ
ターン像も不連続となり、再び対応付けの問題が発生す
る。そこで、投影パターンの色や形などに特徴を持たせ
る方法、異なる投影パターンを時系列に数回投影する方
法、もう1台のカメラを導入して対応付けの真偽判定す
る方法(特公平2−4030号公報)、パターン投影器
の位置は未知として専らパターンの投影だけのために設
置し、これを非同一直線状の少なくとも3ヶ所以上から
パターンの2次元画像を取得する方法(特開昭62−2
06684、NTT)等が提案されている。その他、パ
ターン光投影法の1種として、規則的なパターンを被計
測体に投影して得られる1枚の画像から当被計測体表面
の各点の法線を求めるテキスチャ投影法も広く知られて
いる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記両
眼立体視法や多眼視法で欠かせない画像同士の対応付け
の処理は多くの演算を必要とし、かつその精度も入力画
像のコントラストやテキスチャ(模様)の有無に大きく
左右され、いまだ実用的な技術として確立されていな
い。
眼立体視法や多眼視法で欠かせない画像同士の対応付け
の処理は多くの演算を必要とし、かつその精度も入力画
像のコントラストやテキスチャ(模様)の有無に大きく
左右され、いまだ実用的な技術として確立されていな
い。
【0007】一方、光投影法では光源が照らす部位の計
測に限られ、被写体全域を綿密に立体計測するためには
光源を細かくスキャンする必要があり、計測に時間がか
かり過ぎるという問題があって、実際には粗い間隔で立
体計測をするにとどまっている。また、画像入力時間の
短縮のために2次元パターンを投影するパターン光投影
法であっても、画像入力後の対応付けの負担を考慮する
とパターンの細かさには限界があり、やはり粗い間隔の
立体計測しかできない、また、パターン光投影法の1種
であるテキスチャ投影法は、被写体表面の各面の傾きを
求めこれらを接続することにより、被計測体の形状、す
なわち相対的距離を求めることはできるが、絶対距離を
求めることはできない。
測に限られ、被写体全域を綿密に立体計測するためには
光源を細かくスキャンする必要があり、計測に時間がか
かり過ぎるという問題があって、実際には粗い間隔で立
体計測をするにとどまっている。また、画像入力時間の
短縮のために2次元パターンを投影するパターン光投影
法であっても、画像入力後の対応付けの負担を考慮する
とパターンの細かさには限界があり、やはり粗い間隔の
立体計測しかできない、また、パターン光投影法の1種
であるテキスチャ投影法は、被写体表面の各面の傾きを
求めこれらを接続することにより、被計測体の形状、す
なわち相対的距離を求めることはできるが、絶対距離を
求めることはできない。
【0008】そこで、請求項1、3、5、7の発明の目
的は、濃淡画像の対応付けに基づく両眼立体視、あるい
は多眼視の高分解能計測と光投影法の高精度計測とを両
立させた3次元物体の形状計測方法及び装置を提供する
ことである。
的は、濃淡画像の対応付けに基づく両眼立体視、あるい
は多眼視の高分解能計測と光投影法の高精度計測とを両
立させた3次元物体の形状計測方法及び装置を提供する
ことである。
【0009】請求項2、6の発明の目的は、パターン光
投影法による計測結果を利用して濃淡画像の対応付けを
行うことにより、演算量の軽減と計測精度の向上を達成
させることである。請求項4、8の発明の目的は、投影
パターンと被計測体にもともとある模様を分離すること
により、投影パターンに基づく形状計測の精度を向上さ
せることである。
投影法による計測結果を利用して濃淡画像の対応付けを
行うことにより、演算量の軽減と計測精度の向上を達成
させることである。請求項4、8の発明の目的は、投影
パターンと被計測体にもともとある模様を分離すること
により、投影パターンに基づく形状計測の精度を向上さ
せることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明において
は、2次元パターンを投影された被計測体を複数の異る
視点から撮像して得られる画像データを用いて上記被計
測体の形状計測を行う第1の計測工程と、上記2次元パ
ターンを投影しないときと投影したときにおいてそれぞ
れ上記複数の視点から上記被計測体を撮像して得られる
画像データを用いて上記被計測体の形状計測を行う第2
の計測工程とを設けている。
は、2次元パターンを投影された被計測体を複数の異る
視点から撮像して得られる画像データを用いて上記被計
測体の形状計測を行う第1の計測工程と、上記2次元パ
ターンを投影しないときと投影したときにおいてそれぞ
れ上記複数の視点から上記被計測体を撮像して得られる
画像データを用いて上記被計測体の形状計測を行う第2
の計測工程とを設けている。
【0011】請求項5の発明においては、被計測体に2
次元パターンを投影するパターン投影手段と、上記被計
測体を複数の異る視点から撮像する撮像手段と、上記2
次元パターンを投影された上記被計測体を上記撮像手段
により、上記複数の視点から撮像して得られる画像デー
タを用いて所定の演算を行うことにより、上記被計測体
の形状計測を行う第1の演算手段と上記2次元パターン
を投影されない上記被計測体、及び投影された被計測体
を上記撮像手段により、上記複数の視点から撮像して得
られる画像データを用いて所定の演算を行うことによ
り、上記被計測体の形状計測を行う第2の演算手段とを
設けている。
次元パターンを投影するパターン投影手段と、上記被計
測体を複数の異る視点から撮像する撮像手段と、上記2
次元パターンを投影された上記被計測体を上記撮像手段
により、上記複数の視点から撮像して得られる画像デー
タを用いて所定の演算を行うことにより、上記被計測体
の形状計測を行う第1の演算手段と上記2次元パターン
を投影されない上記被計測体、及び投影された被計測体
を上記撮像手段により、上記複数の視点から撮像して得
られる画像データを用いて所定の演算を行うことによ
り、上記被計測体の形状計測を行う第2の演算手段とを
設けている。
【0012】
【作用】本発明によれば、前記第1の計測工程あるいは
第1の演算手段では、測距点が粗いものの高精度な計測
を実行し、前記第2の工程あるいは第2の演算手段で
は、測距精度にばらつきがあるものの綿密な計測を実行
するので、両方の計測結果を統合することにより、高精
度で高密度な計測を行うことができる。
第1の演算手段では、測距点が粗いものの高精度な計測
を実行し、前記第2の工程あるいは第2の演算手段で
は、測距精度にばらつきがあるものの綿密な計測を実行
するので、両方の計測結果を統合することにより、高精
度で高密度な計測を行うことができる。
【0013】また、請求項2、6の発明のように、上記
第1の計測工程あるいは第1の演算手段により求められ
た被計測体の概形を既知情報として活用しつつ、上記第
2の計測工程あるいは第2の演算手段により被計測体の
形状を算出することにより、上記第1の計測工程あるい
は第1の演算手段により求められたパターン画像の対応
関係を拘束条件として、上記第2の計測工程あるいは第
2の演算手段により濃淡画像の対応付けを行うので、対
応点探索の範囲を限定でき無駄な演算を減らすことがで
きると共に、誤対応の可能性が減るので対応付けの高精
度化を図ることができる。
第1の計測工程あるいは第1の演算手段により求められ
た被計測体の概形を既知情報として活用しつつ、上記第
2の計測工程あるいは第2の演算手段により被計測体の
形状を算出することにより、上記第1の計測工程あるい
は第1の演算手段により求められたパターン画像の対応
関係を拘束条件として、上記第2の計測工程あるいは第
2の演算手段により濃淡画像の対応付けを行うので、対
応点探索の範囲を限定でき無駄な演算を減らすことがで
きると共に、誤対応の可能性が減るので対応付けの高精
度化を図ることができる。
【0014】また、請求項3、7の発明のように、合焦
制御工程や合焦制御手段を設けることにより、この合焦
制御工程や前記合焦制御手段により被計測体までのおお
よその距離を求めることができると共に、ハイコントラ
ストのパターン画像を得ることができるので、投影パタ
ーンに基づく形状計測を行う第1の計測工程あるいは第
1の演算手段の精度を更に高めることができる。
制御工程や合焦制御手段を設けることにより、この合焦
制御工程や前記合焦制御手段により被計測体までのおお
よその距離を求めることができると共に、ハイコントラ
ストのパターン画像を得ることができるので、投影パタ
ーンに基づく形状計測を行う第1の計測工程あるいは第
1の演算手段の精度を更に高めることができる。
【0015】さらに請求項4、8の発明のように、2次
元パターン投影中に得た画像とこの2次元パターンを投
影しないときに得た被計測体の濃淡画像との差分を求め
ることにより、2次元パターンだけからなる画像を得る
ようにすることにより、2次元パターンの解析により被
計測体の立体形状を求める前に誤対応、誤解析の原因と
なる当被計測体にもともとある模様を除外するので、2
次元パターンに基づく形状計測をする第1の計測工程あ
るいは第1の演算手段の計測精度を高めることができ
る。
元パターン投影中に得た画像とこの2次元パターンを投
影しないときに得た被計測体の濃淡画像との差分を求め
ることにより、2次元パターンだけからなる画像を得る
ようにすることにより、2次元パターンの解析により被
計測体の立体形状を求める前に誤対応、誤解析の原因と
なる当被計測体にもともとある模様を除外するので、2
次元パターンに基づく形状計測をする第1の計測工程あ
るいは第1の演算手段の計測精度を高めることができ
る。
【0016】
【発明の実施の形態】図1は本発明の第1の実施の形態
を示すブロック図であり、同図において、10は被計測
体(図示せず)に投影される2次元パターンで、例えば
正方格子状のパターンが用いられる。20は2次元パタ
ーン10を投影するパターン投影器、30は計測起動ス
イッチ、40はコントローラ、50はパターン画像の解
析によって被計測体の形状を算出する形状演算部、60
は形状演算部50の結果を出力する出力端子、70、8
0は画像を入力する左右の撮像装置で、例えばCCDカ
メラが用いられる。90、100は入力された画像を一
定時間保持する画像メモリ、110、120は画像デー
タの加算器、130は濃淡画像の解析によって被計測体
の形状を算出する形状演算部、140は形状演算部13
0の結果を出力する出力端子である。尚、図1における
太線は映像信号の伝送経路を示している。
を示すブロック図であり、同図において、10は被計測
体(図示せず)に投影される2次元パターンで、例えば
正方格子状のパターンが用いられる。20は2次元パタ
ーン10を投影するパターン投影器、30は計測起動ス
イッチ、40はコントローラ、50はパターン画像の解
析によって被計測体の形状を算出する形状演算部、60
は形状演算部50の結果を出力する出力端子、70、8
0は画像を入力する左右の撮像装置で、例えばCCDカ
メラが用いられる。90、100は入力された画像を一
定時間保持する画像メモリ、110、120は画像デー
タの加算器、130は濃淡画像の解析によって被計測体
の形状を算出する形状演算部、140は形状演算部13
0の結果を出力する出力端子である。尚、図1における
太線は映像信号の伝送経路を示している。
【0017】次に動作について説明する。まず本発明に
よる3次元物体の形状計測装置のユーザが撮像装置7
0、80により2次元パターン10が投影されない状態
での被計測体を撮像する。この撮像で得られる画像デー
タは画像メモリ90、100に保持される。次にユーザ
が起動スイッチ30をオンにすると、コントローラ40
がパターン投影器20を起動させて2次元パターン10
を被計測体に投影させる。2次元パターン10を投影す
るタイミングは起動スイッチ30のオンと同時でも良い
し、スイッチング動作による装置本体の揺れがおさまる
一定時間後であってもよい。また、起動スイッチ30を
オンにすると、コントローラ40が先ず撮像装置70、
80により、2次元パターン10を投影しないで被計測
体を撮像させ、その後パターン投影器20を起動させる
ようにしてもよい。コントローラ40は、また、形状演
算部50の投影パターン解析演算の開始/終了と画像メ
モリ90、100の読み出し、書き込みの開始/終了と
を制御する。
よる3次元物体の形状計測装置のユーザが撮像装置7
0、80により2次元パターン10が投影されない状態
での被計測体を撮像する。この撮像で得られる画像デー
タは画像メモリ90、100に保持される。次にユーザ
が起動スイッチ30をオンにすると、コントローラ40
がパターン投影器20を起動させて2次元パターン10
を被計測体に投影させる。2次元パターン10を投影す
るタイミングは起動スイッチ30のオンと同時でも良い
し、スイッチング動作による装置本体の揺れがおさまる
一定時間後であってもよい。また、起動スイッチ30を
オンにすると、コントローラ40が先ず撮像装置70、
80により、2次元パターン10を投影しないで被計測
体を撮像させ、その後パターン投影器20を起動させる
ようにしてもよい。コントローラ40は、また、形状演
算部50の投影パターン解析演算の開始/終了と画像メ
モリ90、100の読み出し、書き込みの開始/終了と
を制御する。
【0018】2次元パターン10が被計測体に投影され
ると、次に、撮像装置70、80で被計測体を撮像す
る。このとき取り込まれた画像データは加算器110、
120へ送られる。
ると、次に、撮像装置70、80で被計測体を撮像す
る。このとき取り込まれた画像データは加算器110、
120へ送られる。
【0019】加算器110、120は画像メモリ90、
100から読み出した画像データと現在撮像された直後
の画像データとの差分を演算する。画像メモリ90、1
00から読み出した画像データは2次元パターンを投影
しない状態での被計測体の濃淡画像を保持している。加
算器110、120は、上記濃淡画像を、現在撮像され
た最新の画像、すなわち投影パターンを投影された被計
測体の[パターン+濃淡]画像から減算する。従って、
加算器110、120の出力は、
100から読み出した画像データと現在撮像された直後
の画像データとの差分を演算する。画像メモリ90、1
00から読み出した画像データは2次元パターンを投影
しない状態での被計測体の濃淡画像を保持している。加
算器110、120は、上記濃淡画像を、現在撮像され
た最新の画像、すなわち投影パターンを投影された被計
測体の[パターン+濃淡]画像から減算する。従って、
加算器110、120の出力は、
【0020】[2次元パターン+濃淡]画像−濃淡画像
=2次元パターン画像 で示されるように2次元パターン10だけからなる画像
である。ただし、上記[2次元パターン+濃淡]画像入
力と濃淡画像入力とは異る時間で行われるので、この時
間差で画像間のゲインやバイアスが変化しないように、
照明条件を一定にし、AGC(オートゲインコントロー
ル)を止めておくことが望ましい。上記2次元パターン
画像は被計測体の形状に応じて様々な変形を受けてお
り、この変形を受けた2次元パターンの解析を形状演算
部50で行う。
=2次元パターン画像 で示されるように2次元パターン10だけからなる画像
である。ただし、上記[2次元パターン+濃淡]画像入
力と濃淡画像入力とは異る時間で行われるので、この時
間差で画像間のゲインやバイアスが変化しないように、
照明条件を一定にし、AGC(オートゲインコントロー
ル)を止めておくことが望ましい。上記2次元パターン
画像は被計測体の形状に応じて様々な変形を受けてお
り、この変形を受けた2次元パターンの解析を形状演算
部50で行う。
【0021】なお、本実施例では2次元パターン10の
投影に先行して被計測体の濃淡画像を画像メモリ90、
100に蓄えておいたが、逆に2次元パターン10を投
影した被計測体の画像を画像メモリ90、100に蓄え
ておき、2次元パターン10を投影しない被計測体の濃
淡画像を得て、それらの差分を演算するようにしてもよ
い。
投影に先行して被計測体の濃淡画像を画像メモリ90、
100に蓄えておいたが、逆に2次元パターン10を投
影した被計測体の画像を画像メモリ90、100に蓄え
ておき、2次元パターン10を投影しない被計測体の濃
淡画像を得て、それらの差分を演算するようにしてもよ
い。
【0022】形状演算部50で行われる具体的な処理
は、2つの加算器110、120の出力であるパターン
画像、基本的には2値画像の対応付けである。規則正し
い投影パターンは被計測体の形状に応じて変形を受けて
おり、パターンの細かさに最適なウインドサイズ(=ブ
ロックサイズ)を用いたマッチング法等で対応付けを行
う。
は、2つの加算器110、120の出力であるパターン
画像、基本的には2値画像の対応付けである。規則正し
い投影パターンは被計測体の形状に応じて変形を受けて
おり、パターンの細かさに最適なウインドサイズ(=ブ
ロックサイズ)を用いたマッチング法等で対応付けを行
う。
【0023】対応付けの精度を向上させるために、例え
ば、テキスチャ投影法と組み合わせたり、投影パターン
自体に対応付けを容易にするような特徴を与えたり、異
なる2次元パターンを時系列に数回投影したり、撮像装
置の台数を増やしたりしてもよい。また、パターン投影
器20と撮像装置70、80との位置関係を予め計測し
ておいて、上記パターン画像同士の対応付けの他に「パ
ターン投影器20と撮像装置70」や「パターン投影器
20と撮像装置80」の組み合わせにより、それぞれ光
投影法の原理で3角測量した結果を利用してもよい。
ば、テキスチャ投影法と組み合わせたり、投影パターン
自体に対応付けを容易にするような特徴を与えたり、異
なる2次元パターンを時系列に数回投影したり、撮像装
置の台数を増やしたりしてもよい。また、パターン投影
器20と撮像装置70、80との位置関係を予め計測し
ておいて、上記パターン画像同士の対応付けの他に「パ
ターン投影器20と撮像装置70」や「パターン投影器
20と撮像装置80」の組み合わせにより、それぞれ光
投影法の原理で3角測量した結果を利用してもよい。
【0024】形状演算部50は、被計測体のテクスチャ
の有無に影響を受けずに安定して、高精度の計測結果を
出力する。ただし、計測分解能は投影パターンの細かさ
で決まるので、計測点はワイヤフレームのような粗い間
隔となる。形状演算部50で求められる被計測体の概形
は、出力端子60から出力されると同時に、濃淡画像を
用いて形状計測する形状演算部130へ先験情報として
供給されることにより、有効に活用される。
の有無に影響を受けずに安定して、高精度の計測結果を
出力する。ただし、計測分解能は投影パターンの細かさ
で決まるので、計測点はワイヤフレームのような粗い間
隔となる。形状演算部50で求められる被計測体の概形
は、出力端子60から出力されると同時に、濃淡画像を
用いて形状計測する形状演算部130へ先験情報として
供給されることにより、有効に活用される。
【0025】形状演算部130で行われる処理は、複数
の濃淡画像間の対応付けであり、具体的には、米国特許
3890462号公報や特公昭60−46878号公報
等に記載される時空間勾配法(別称、グラディエント
法)、時空間勾配法を周波数空間で実行するのと等価な
フーリエ変換法、相関演算に基づく相関法やマッチング
法等、公知技術のいずれであってもよく、特に方式は問
わない。ただし、本発明においては形状演算部50の対
応付けの結果を拘束条件として利用できるので、時空間
勾配法やフーリエ変換法を用いた場合には誤った対応付
けを排除することができる。また、相関演算に基づく相
関法やマッチング法を利用した場合には対応点探索領域
の限定をすることができ、誤対応の可能性を減らすと共
に演算量を減らすことができる。
の濃淡画像間の対応付けであり、具体的には、米国特許
3890462号公報や特公昭60−46878号公報
等に記載される時空間勾配法(別称、グラディエント
法)、時空間勾配法を周波数空間で実行するのと等価な
フーリエ変換法、相関演算に基づく相関法やマッチング
法等、公知技術のいずれであってもよく、特に方式は問
わない。ただし、本発明においては形状演算部50の対
応付けの結果を拘束条件として利用できるので、時空間
勾配法やフーリエ変換法を用いた場合には誤った対応付
けを排除することができる。また、相関演算に基づく相
関法やマッチング法を利用した場合には対応点探索領域
の限定をすることができ、誤対応の可能性を減らすと共
に演算量を減らすことができる。
【0026】形状演算部130で求められる被計測体の
形状は、被計測体にテキスチャがある場合には、形状演
算部50から受け渡される被計測体の概形情報を利用し
て、高速に、高精度かつ高分解能の計測結果を出力端子
140から出力する。被計測体の概形を出力するので、
計測が破綻することなく、常に安定した形状計測を行う
ことができる。
形状は、被計測体にテキスチャがある場合には、形状演
算部50から受け渡される被計測体の概形情報を利用し
て、高速に、高精度かつ高分解能の計測結果を出力端子
140から出力する。被計測体の概形を出力するので、
計測が破綻することなく、常に安定した形状計測を行う
ことができる。
【0027】尚、本実施例では、形状演算部50と13
0とは別の計測部として述べてきたが、両方に共通する
手法で対応付けを行う場合には、一つにまとめることが
できる。
0とは別の計測部として述べてきたが、両方に共通する
手法で対応付けを行う場合には、一つにまとめることが
できる。
【0028】本実施例に特有の効果は次の通りである。 1.被計測体によらず高精度な測距ができるパターン光
投影法と、綿密な測距ができる両眼立体視法(多眼視
法)とを組み合わせることにより、被計測体に影響を受
けず安定して高精度かつ高密度の形状計測ができる。 2.被計測体の模様の影響を排除した2次元パターンの
みからなるパターン画像に基づき被計測体の形状計測を
行うので、通常の投影法より高精度の形状計測ができ
る。 3.パターン光投影法によって求められた被計測体の概
形を元に、濃淡画像の対応付けを行うので、探索範囲の
限定、誤対応の排除ができ、演算量の減少、計測の高精
度化ができる。
投影法と、綿密な測距ができる両眼立体視法(多眼視
法)とを組み合わせることにより、被計測体に影響を受
けず安定して高精度かつ高密度の形状計測ができる。 2.被計測体の模様の影響を排除した2次元パターンの
みからなるパターン画像に基づき被計測体の形状計測を
行うので、通常の投影法より高精度の形状計測ができ
る。 3.パターン光投影法によって求められた被計測体の概
形を元に、濃淡画像の対応付けを行うので、探索範囲の
限定、誤対応の排除ができ、演算量の減少、計測の高精
度化ができる。
【0029】図2は本発明の第2の実施の形態を示すブ
ロック図である。図においては、図1と実質的に対応す
る部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
図2において、150は投影される2次元パターン10
を撮像装置70の出力に基づいて被計測体表面上で合焦
するようにパターン投影器20を制御する合焦制御部、
160は形状演算部130の結果を出力する出力端子で
ある。本実施例と第1の実施の形態とは、出力端子16
0を一本化した点と合焦制御部150が追加された点と
で異なっている。出力端子160を一本化したのは、装
置をよりコンパクトにするためである。
ロック図である。図においては、図1と実質的に対応す
る部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
図2において、150は投影される2次元パターン10
を撮像装置70の出力に基づいて被計測体表面上で合焦
するようにパターン投影器20を制御する合焦制御部、
160は形状演算部130の結果を出力する出力端子で
ある。本実施例と第1の実施の形態とは、出力端子16
0を一本化した点と合焦制御部150が追加された点と
で異なっている。出力端子160を一本化したのは、装
置をよりコンパクトにするためである。
【0030】次に、合焦制御部150の動作について説
明する。合焦制御部150は2次元パターン10の投影
中に撮像装置70、80の少なくともどちらか一方から
得た画像信号から、2次元パターン10の合焦レベルを
調べ、被計測体の表面上でこの2次元パターン10が合
焦するように、パターン投影器20を制御する。
明する。合焦制御部150は2次元パターン10の投影
中に撮像装置70、80の少なくともどちらか一方から
得た画像信号から、2次元パターン10の合焦レベルを
調べ、被計測体の表面上でこの2次元パターン10が合
焦するように、パターン投影器20を制御する。
【0031】上記制御について図3を参照してより具体
的に説明する。図3は図2の撮像装置70、合焦制御部
150、パターン投影器20及び投影パターン10の部
分を拡大したものである。パターン投影器20の光源2
1から照射された光はコリメータレンズ22によって平
行光へ変換され、2次元パターンの印刷されたフィルム
透過後の光は投影レンズ24によって被計測体170に
投影される。2次元パターン10が照射された被計測体
170は撮像装置70の撮像レンズ72によって撮像面
71に結像され、合焦制御部150の合焦レベル判断部
151において、2次元パターン10の合焦の程度を求
め、続いてレンズ駆動制御部152においてパターンの
合焦の程度に応じて、パターン投影器20内の投影レン
ズ24の位置を算出し制御する。尚、本実施例では、合
焦面を変化させるために投影レンズ24の位置を変化さ
せたが、フィルム23の位置を変化させてもよい。
的に説明する。図3は図2の撮像装置70、合焦制御部
150、パターン投影器20及び投影パターン10の部
分を拡大したものである。パターン投影器20の光源2
1から照射された光はコリメータレンズ22によって平
行光へ変換され、2次元パターンの印刷されたフィルム
透過後の光は投影レンズ24によって被計測体170に
投影される。2次元パターン10が照射された被計測体
170は撮像装置70の撮像レンズ72によって撮像面
71に結像され、合焦制御部150の合焦レベル判断部
151において、2次元パターン10の合焦の程度を求
め、続いてレンズ駆動制御部152においてパターンの
合焦の程度に応じて、パターン投影器20内の投影レン
ズ24の位置を算出し制御する。尚、本実施例では、合
焦面を変化させるために投影レンズ24の位置を変化さ
せたが、フィルム23の位置を変化させてもよい。
【0032】上記のように合焦制御部150によれば、
被計測体表面でぼけ量の少ない2次元パターンを投影す
ることができるので、パターン画像を用いた形状計測を
する際に有利である。また、合焦と判断された時のパタ
ーン投影器20内の各光学要素の位置関係から、結像公
式により被計測体170までのおおよその距離を求める
ことができ、続いて行われる画像データの対応付けの処
理の事前知識として利用できる。特に、相対的な距離し
か求まらないテキスチャ投影法によって求まる被計測体
170の形状推定結果を絶対距離に変換する際に有効で
ある。
被計測体表面でぼけ量の少ない2次元パターンを投影す
ることができるので、パターン画像を用いた形状計測を
する際に有利である。また、合焦と判断された時のパタ
ーン投影器20内の各光学要素の位置関係から、結像公
式により被計測体170までのおおよその距離を求める
ことができ、続いて行われる画像データの対応付けの処
理の事前知識として利用できる。特に、相対的な距離し
か求まらないテキスチャ投影法によって求まる被計測体
170の形状推定結果を絶対距離に変換する際に有効で
ある。
【0033】この、第2の実施の形態特有の効果は次の
通りである。 1.コントラストの強いパターン画像を得られるので、
パターン画像に基づく形状計測の精度を高めることがで
きる。 2.2次元パターンを合焦させる過程で、被計測体まで
のおおよその距離が求まるので、続いて行われるパター
ン画間や濃淡画像間の対応付けの処理を高速化、高精度
化することができる。
通りである。 1.コントラストの強いパターン画像を得られるので、
パターン画像に基づく形状計測の精度を高めることがで
きる。 2.2次元パターンを合焦させる過程で、被計測体まで
のおおよその距離が求まるので、続いて行われるパター
ン画間や濃淡画像間の対応付けの処理を高速化、高精度
化することができる。
【0034】尚、図1、図2において、撮像装置70、
80の何れか一方のみを用い、これを複数の異る視点位
置に移動させて撮像するようにしてもよい。
80の何れか一方のみを用い、これを複数の異る視点位
置に移動させて撮像するようにしてもよい。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1、5の発
明によれば、高精度かつ高密度の形状計測を行うことが
できる。また、請求項2、6の発明によれば、濃淡画像
の対応付けを高速化、高精度化することができる。さら
に請求項4、8の発明によれば、パターン画像の対応付
けを高精度化することができる。
明によれば、高精度かつ高密度の形状計測を行うことが
できる。また、請求項2、6の発明によれば、濃淡画像
の対応付けを高速化、高精度化することができる。さら
に請求項4、8の発明によれば、パターン画像の対応付
けを高精度化することができる。
【図1】本発明の第1の実施形態を示すブロック図であ
る。
る。
【図2】本発明の第2の実施の形態を示すブロック図で
ある。
ある。
【図3】図2の要部を拡大した構成図である。
10 2次元パターン 20 パターン投影器 50 パターン画像による形状演算部 70、80 撮像装置 90、100 画像メモリ 110、120 加算器 130、濃淡画像による形状演算部 60、140、160 計測結果出力端子 150 合焦制御部 170 被計測体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 倉橋 直 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 石川 基博 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 真継 優和 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内
Claims (8)
- 【請求項1】 2次元パターンを投影された被計測体を
複数の異る視点から撮像して得られる画像データを用い
て上記被計測体の形状計測を行う第1の計測工程と、 上記2次元パターンを投影しないときと投影したときに
おいてそれぞれ上記複数の視点から上記被計測体を撮像
して得られる画像データを用いて上記被計測体の形状計
測を行う第2の計測工程とを有する3次元物体の形状計
測方法。 - 【請求項2】 上記第2の計測工程は、上記第1の計測
工程により計測された上記被計測体の形状情報を既知情
報として利用して、上記被計測体の形状計測を行うよう
にした請求項1記載の3次元物体の形状計測方法。 - 【請求項3】 上記被計測体に2次元パターンを投影す
る際に、その2次元パターンを上記被計測体表面上で合
焦するように制御する合焦制御工程を有する請求項1記
載の3次元物体の形状計測方法。 - 【請求項4】 上記第2の計測工程は、上記複数の各視
点において、それぞれ上記2次元パターンを投影しない
で上記被計測体を撮像して得られる画像データと、上記
2次元パターンを投影して上記被計測体を撮像して得ら
れる画像データとの差分を求めることにより上記視点毎
の上記2次元パターンのみの画像を得、この画像を用い
て上記被計測体の形状計測を行うようにした請求項1記
載の3次元物体の形状計測方法。 - 【請求項5】 被計測体に2次元パターンを投影するパ
ターン投影手段と、 上記被計測体を複数の異る視点から撮像する撮像手段
と、 上記2次元パターンを投影された上記被計測体を上記撮
像手段により、上記複数の視点から撮像して得られる画
像データを用いて所定の演算を行うことにより、上記被
計測体の形状計測を行う第1の演算手段と、 上記2次元パターンを投影されない上記被計測体及び投
影された被計測体を上記撮像手段により上記複数の視点
から撮像して得られる画像データを用いて所定の演算を
行うことにより、上記被計測体の形状計測を行う第2の
演算手段とを備えた3次元物体の形状計測装置。 - 【請求項6】 上記第2の演算手段は、上記第1の演算
手段により演算された上記被計測体の形状情報を既知情
報として利用して、上記被計測体の形状計測を行うよう
にした請求項5記載の3次元物体の形状計測装置。 - 【請求項7】 上記パターン投影手段により投影される
上記2次元パターンを上記被計測体表面上で合焦するよ
うに制御する合焦制御手段を備えた請求項5記載の3次
元物体の形状計測装置。 - 【請求項8】 上記第2の演算手段は、上記複数の各視
点において、それぞれ上記2次元パターンを投影しない
ときに上記被計測体を撮像して得られる画像データと、
上記2次元パターンを投影して上記被計測体を撮像して
得られる画像データとの差分を求めることにより、上記
視点毎の上記2次元パターンのみの画像を得、この画像
を用いて上記被計測体の形状計測を行うようにした請求
項5記載の3次元物体の形状計測装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7198323A JPH0942940A (ja) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | 3次元物体の形状計測方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7198323A JPH0942940A (ja) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | 3次元物体の形状計測方法及び装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0942940A true JPH0942940A (ja) | 1997-02-14 |
Family
ID=16389206
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7198323A Pending JPH0942940A (ja) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | 3次元物体の形状計測方法及び装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0942940A (ja) |
Cited By (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1995
- 1995-08-03 JP JP7198323A patent/JPH0942940A/ja active Pending
Cited By (34)
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