JP2007518098A - 三次元ビデオスキャナ - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図7
Description
一連の構造光信号を物体に向けられる光ビームに符号化するためのデジタルマイクロミラーデバイスを含み、輪郭を表わされた物体による信号の歪みが輪郭の三次元情報を示すように信号の構造が選択されて成る、デジタル光符号化ユニットと、
物体からの光ビームの反射を検出するためにデジタル光処理ユニットと同期化される検出器と、
検出された反射における信号の歪みから物体の3D形状を決定するための復号器と、
を備えた3Dスキャン装置を提供する。
デジタルマイクロミラーデバイスを介して光ビームを物体に向けるステップと、
デジタルマイクロミラーデバイスを操作して、急速に変化する構造光信号をビームに変調させるステップと、
ビームと同期化された検出器でビームの反射を検出するステップと、
反射を復号して物体の深さ情報を決定するステップと、
を含む、物体を実時間で三次元走査するための方法を提供する。
物体に向けて投影するための光ビームを生成するためのビーム源と、
三次元輪郭による歪みに対して選択された構造を含む急速に変化する構造光信号を光ビームに変調するために、ビーム源の下流に接続されたデジタル光二値信号符号化ユニットと、
物体からの光ビームの反射をセンシング画素で二値データとして検出するために、センサ画素を含み、デジタル光二値信号符号化ユニットと同期化された検出器と、
検出された反射における時間信号の歪みから物体の3D形状を決定するための二値復号器と、
を備えた3Dスキャン装置を提供する。
光ビームを物体に向けるステップと、
形状の歪みが物体の三次元輪郭を表わすように選択された形状を含む、急速に変化する形状信号をビームに変調するステップと、
ビームの変調と同期する検出器でビームの反射を同期的に検出するステップと、
反射を復号して変調二値時間信号の歪み情報を抽出し、そこから物体の三次元輪郭の情報を決定するステップと、
を含む、物体を実時間で三次元走査するための方法を提供する。
光ビームを物体に向けるステップと、
明フレームおよび暗フレームを物体に到達する前に連続フレームの光ビームに変調するステップと、
連続フレームの物体からの反射を検出器で検出して、明フレーム検出レベルおよび暗フレーム検出レベルを得るステップと、
明フレーム検出レベルと暗フレーム検出レベルとの間の中間レベルを計算するステップと、
中間レベルを検出器で検出閾値として設定するステップと、
複数の構造光信号をさらなる連続フレームのビームに変調するステップと、
検出器で検出閾値を使用して連続フレームを検出し、それによって構造光信号の二値検出を達成するステップと、
検出された構造光信号の歪みから物体の三次元構造を決定するステップと、
を含む、物体を実時間で三次元走査するための方法を提供する。
本明細書では本発明を単に例示し添付図面を参照して説明する。特に詳細に図面を参照して、示されている詳細が例示として本発明の好ましい実施態様を例示考察することだけを目的としており、本発明の原理や概念の側面の最も有用でかつ容易に理解される説明であると考えられるものを提供するために提示していることを強調するものである。この点について、本発明を基本的に理解するのに必要である以上に詳細に本発明の構造の詳細を示す試みはなされないが、図面とともに行う説明によって本発明のいくつもの形態を実際に具体化する方法は当業者には明らかになるであろう。
図2は本願の発明者によって設計された早期の三次元スキャナの略図である。
図3はデジタルマイクロミラーデバイスを使用して構造光信号を投影ビームに変調するが、検出器が変調器と同期しない、本発明の第一の好適な実施形態の略図である。
図4は黒と白の縞を含む構造光信号をピラミッド形物体に当てたときの生の検出出力を示す。
図5は本発明の好適な実施形態に従って二値化検出を使用して検出されたときの生の検出出力を示す。
図6は検出器が変調器と同期する、本発明の第二の好適な実施形態の略図である。
図7は変調器がすでに二値化されたことを前提として、図6の装置がいかにして単一のフレームを検出するかを示す簡易フローチャートである。
図8は図6の実施形態に従って、フレーム群の開始時に二つの二値化フレームを含むフレーム群の投影および検出を示す簡易フローチャートである。
以下の部分では、上述した縞模様のような形状符号化光をいかに安定的に使用して、物体の輪郭情報を復元することができるかを教示する。
ここでCcは次式の形のカメラのPPMである。
ここでCpは次式の形のプロジェクタのPPMである。
これはWCS内の物体ポイントをカメラ像面内の画素位置および縞id(プロジェクタ座標系の座標)にマッピングする。我々はこの変換を前方射影と呼ぶ。
を逆射影と呼び、測定データから世界座標を決定するプロセスを再構成と呼ぶことにする。
この部分では、前方射影演算子Tが既知である(つまり、射影行列CcおよびCpが与えられる)と仮定する。再構成の問題は次のように定めることができる。測定された(xc;xp)を前提として、次式に従ってxwを計算する。
xp=[wpxp;wp]Tと表わし、ck、pkをそれぞれCcおよびCpのk行目であるとしよう。そうすると、一次連立方程式は次のように書き直すことができる。
および
wcを(10)に、wpを(11)に代入すると、次のようになる。
これは、行列表記法でQxw=0と書くことができる。ここで、
xw=[wwxw;wwyw;wwzw;ww]Tを代入すると、次のようになる。
xw=[xw;yw;zw]T
は、線形システム
の解である。
カメラ座標系の射線およびプロジェクタ座標系の面が平行であるときに、方程式15の行列Rは特異行列になることを見てきた。起こり得る妥当な問題は、xcおよびxpのランダム摂動状態で解がいかに安定するか、である。xpの摂動は、構造光システムにおいて最も解決が難しい問題であるので、ここではこれだけを取り扱う。
が同時に有効でなければならない。nは縞id xpによって定義される面に対する法線を表わす。
したがって、
となる。
によって、射線xc=αvcに沿って物点の位置の摂動を引き起こす。
ここで、Θnvは法線nによって定義される面と方向vcによって定義される射線との間の角度である。したがって、
と置き換えると、プロジェクタ行列に対する方程式27のL2最小化問題が生じる。
Claims (17)
- 一連の構造光信号を物体に向けられる光ビームに符号化するためのデジタルマイクロミラーデバイスを含み、輪郭を表わされた物体による前記信号の歪みが前記輪郭の三次元情報を示すように前記信号の構造が選択されて成る、デジタル光符号化ユニットと、
前記物体からの前記光ビームの反射を検出するために前記デジタル光符号化ユニットと同期化される検出器と、
前記検出された反射における前記信号の歪みから前記物体の3D形状を決定するための復号器と、
を備えた3Dスキャン装置。 - 前記急速に変化する時間信号は二値パターン要素を含む請求項1に記載の3Dスキャン装置。
- 前記検出器は複数の画素を含み、各画素は前記反射の検出を示す二値信号を出力するように構成される請求項2に記載の3Dスキャン装置。
- 前記急速に変化する時間信号は一連の時間フレームを定義する請求項2に記載の3Dスキャン装置。
- 前記検出器は複数の画素を含み、各画素は前記反射の検出を示す時間フレーム当たり単一ビットを出力するように構成される請求項4に記載の3Dスキャン装置。
- 前記検出器の画素で受信されたデータを二値化かつ符号化し、それによって前記二値データを復元するためのプリプロセッサをさらに含む請求項1に記載の3Dスキャン装置。
- デジタルマイクロミラーデバイスを介して光ビームを物体に向けるステップと、
前記デジタルマイクロミラーデバイスを操作して、急速に変化する構造光信号を前記ビームに変調させるステップと、
前記ビームと同期化された検出器で前記ビームの反射を検出するステップと、
前記反射を復号して前記物体の深さ情報を決定するステップと、
を含む、物体を実時間で三次元走査するための方法。 - 前記急速に変化する構造光信号は二値パターン要素を含む請求項7に記載の方法。
- 前記検出器は複数のセンシング画素を含み、各画素は前記復号化のための二値信号を送信する請求項8に記載の方法。
- 前記急速に変化する構造光信号は時間フレームを定義し、前記検出器は複数のセンシング画素を含み、各画素は前記復号化のために時間フレーム当たり単一ビットを送信する請求項8に記載の方法。
- 物体に向けて投影するための光ビームを生成するためのビーム源と、
三次元輪郭による歪みに対して選択された構造を含む急速に変化する構造光信号を前記光ビームに変調するために、前記ビーム源の下流に接続されたデジタル光二値信号符号化ユニットと、
前記物体からの前記光ビームの反射を前記センシング画素で二値データとして検出するために、センサ画素を含み、前記デジタル光二値信号符号化ユニットと同期化された検出器と、
前記検出された反射における前記時間信号の歪みから前記物体の3D形状を決定するための二値復号器と、
を備えた3Dスキャン装置。 - 前記センシング画素で前記検出された反射のデータを二値化かつ符号化し、それによって前記二値データを復元するために、前記検出器に関連付けられたプリプロセッサをさらに含む請求項11に記載の3Dスキャン装置。
- 前記デジタル光二値信号符号化ユニットは、前記二値データを前記信号に変調するデジタルマイクロミラーデバイスを含む請求項11に記載の3Dスキャン装置。
- 光ビームを物体に向けるステップと、
形状の歪みが前記物体の三次元輪郭を表わすように選択された形状を含む、急速に変化する形状信号を前記ビームに変調するステップと、
前記ビームの変調と同期する検出器で前記ビームの反射を同期的に検出するステップと、
前記反射を復号して前記変調二値時間信号の歪み情報を抽出し、そこから前記物体の前記三次元輪郭の情報を決定するステップと、
を含む、物体を実時間で三次元走査するための方法。 - 光ビームを物体に向けるステップと、
明フレームおよび暗フレームを前記物体に到達する前に連続フレームの前記光ビームに変調するステップと、
前記連続フレームの前記物体からの反射を検出器で検出して、明フレーム検出レベルおよび暗フレーム検出レベルを得るステップと、
前記明フレーム検出レベルと前記暗フレーム検出レベルとの間の中間レベルを計算するステップと、
前記中間レベルを前記検出器で検出閾値として設定するステップと、
複数の構造光信号をさらなる連続フレームの前記ビームに変調するステップと、
前記検出器で前記検出閾値を使用して前記連続フレームを検出し、それによって前記構造光信号の二値検出を達成するステップと、
検出された前記構造光信号の歪みから前記物体の三次元構造を決定するステップと、
を含む、物体を実時間で三次元走査するための方法。 - 前記検出は前記変調と同期化される請求項15に記載の方法。
- 前記変調はデジタルマイクロミラーデバイスを使用して実行される請求項15に記載の方法。
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