JP2011504586A - 物体の三次元形状を光学的に測定する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (32)
- 3Dデータセットを得るために被走査物体(7)上にパターン(9、9’)を投影し、前記投影パターン(9、9’)を画像(40、41)に記録する、三角測量法によって前記物体の三次元形状を光学的に測定する方法であって、少なくとも1枚の第1の画像(40)を作成する第1の工程において、第1のパターン(9)を投影し、少なくとも1枚の別の画像(41)を作成する第2の工程において、位置または形状に関して前記第1のパターン(9)からずれている別のパターン(9’)を前記被走査物体(7)上に投影して前記画像(41)を作成し、次の工程において、前記第1の画像(40)と前記別の画像(41)とから得られた3Dデータを合成して3Dデータセットを生成する方法において、
走査されて記録される前記物体(72)上に投影した前記パターン(9)の前記第1の画像(40)と、走査されて記録される前記物体(72)上に投影した前記別のパターン(9’)の前記別の画像(41)とが、前記2つのパターン(9、9’)が部分的に重なり合い、なおかつ、両方の記録パターン(9、9’)に存在する前記被走査物体(7)上に少なくとも1つの共通点(44)を含むように、互いに方向付けられており、これらの画像(40、41)から得られた前記3Dデータを前記2枚の画像(40、41)に存在する前記少なくとも1つの共通点(44)の前記3Dデータに基づいて合成し、前記画像(40、41)から得られた前記3Dデータが前記3Dデータセットにおける前記共通点(44)の前記3Dデータを基準にして少なくとも一致するように3Dデータセットを生成することを特徴とする方法。 - 別の工程において、3枚以上の画像(40、41)を作成し、前記画像(40、41)の前記共通点(44)に基づいて、それらから得られた前記3Dデータを合成して3Dデータセットを生成することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記画像(40)における前記少なくとも1つの共通点(44)の前記3Dデータに基づいて、前記第1の画像(40)を基準にして前記少なくとも1枚の別の画像(41)の前記3Dデータの位置関係を決定し、前記位置関係に基づいて、前記少なくとも1枚の別の画像(41)の前記3Dデータの位置補正を行い、前記少なくとも1枚の別の画像(41)の前記補正3Dデータと、前記第1の画像(40)の前記3Dデータとを合成して3Dデータセットを生成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の方法。
- 少なくとも2つのパターン(9、9’)で走査されて記録される前記物体(7)上の前記少なくとも1つの共通点(44)の位置を検索アルゴリズムによって前記画像(40、41)の前記3Dデータで特定することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの共通点(44)の特定に用いる前記検索アルゴリズムがICP法またはトポロジーマッチング法であることを特徴とする請求項4に記載の方法。
- 第1の方向R1に向けられた前記第1のパターン(9)と、別の方向R2に向けられた前記別のパターン(9’)とが、それぞれ、平行光縞をもち、前記別のパターン(9’)の前記平行光縞(10’)の前記配向方向R2が、少なくとも5°かつ90°以下である特定の角度(α)だけ、前記第1のパターン(9)の前記平行光縞(10)の前記配向方向R1とは異なり、なおかつ、前記共通点(44)が、前記パターン(9、9’)の前記光縞(10、10’)の交点によって形成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 方向R2に向けられた光縞を含む前記別のパターン(9’)の前記光縞が、方向R1に向けられた光縞を含む前記第1のパターン(9)の光縞よりも、より大きな光縞(d2)間の間隔を示すことを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 第1のグループ(G1)が、方向R1に実質的に向けられた光縞からなるパターン(9)を含む少なくとも1枚の画像(40)に記録され、少なくとも1つの第2のグループ(G2)が、5°よりも大きな角度(α)だけ方向R1とは異なる別の方向R2に実質的に向けられた光縞からなるパターン(9’)を含む少なくとも1枚の画像(41)に記録されることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の方法。
- 方向R2に向けられた光縞(10’)を含む画像(41)の前記少なくとも第2のグループ(G2)が、方向R1に向けられた光縞(10)を含む画像(40)の前記第1のグループ(G1)よりも小さなグループサイズを有することを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 方向R1またはR2において同様に方向づけられた光縞(10、10’)を含む画像のグループ(G1、G2)における前記光縞(10、10’)間の間隔(d1、d2)が、積分因子によって1つの光縞幅(t)よりも大きいことを特徴とする請求項6〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 方向R1と方向R2とのなす前記角度(α)が90°であることを特徴とする請求項6〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記パターン(9、9’)の前記方向(R1、R2)に関する方向ベクトルが、前記三角測量法によって予め定められた三角測量面に対して、0°よりも大きくかつ90°以下の角度(β、γ)であることを特徴とする請求項6〜11のいずれか1項に記載の方法。
- 前記方向R1およびR2が、角度(β)および角度(γ)が+60°または−60°までの角度で、前記三角測量面を取り囲むことを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 前記第1および前記別の画像(40、41)が、前記物体(7)の同じ測定領域をカバーすることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1および前記別の画像(40、41)、あるいは、画像の前記第1および前記別のグループ(G1、G2)が、少なくとも100msの間隔を置いた後に作成されることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法。
- 前記パターン(9、9’)を角度αだけ回転させることを、走査装置内のグリッドを機械的に回転させることにより行うことを特徴とする請求項4〜15のいずれか1項に記載の方法。
- 前記パターン(9、9’)を角度αだけ回転させることを、走査装置全体を回転させることにより行うことを特徴とする請求項4〜16のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1のパターン(9)が、前記別のパターン(9’)によって部分的に重なり合い、なおかつ、両パターン(9、9’)の前記画像に記録される、前記被走査物体(7)上の少なくとも3つの共通点(44)を示すことを特徴とする請求項1〜17のいずれか1項に記載の方法。
- 3Dデータセットを得るために被走査物体(7)上にパターン(9.1、9.2、9.3、9.4)を投影し、前記投影パターン(9.1、9.2、9.3、9.4)を画像(50、51、52、53)に記録する、三角測量法によって前記物体の三次元形状を光学的に走査する方法であって、少なくとも1枚の第1の画像(50)を作成する第1の工程において、第1のパターン(9.1)を前記被走査物体(7)上に投影し、少なくとも1枚の別の画像(51、52、53)を作成する第2の工程において、位置または形状に関して前記第1のパターン(9.1)からずれている別のパターン(9.2、9.3、9.4)を前記被走査物体(7)上に投影して前記別の画像(51、52、53)を作成し、次の工程において、前記第1の画像(50)と前記別の画像(51、52、53)とから得られた3Dデータを合成して3Dデータセット(18)を生成する方法において、
前記被走査物体(7)上に投影した相関パターン(9.5)を含む少なくとも1枚の相関画像(54)を作成し、前記相関画像(54)を備えた前記第1の画像と前記別の画像とが、それぞれ、前記2つのパターン(9.1、9.2、9.3、9.4、9.5)の前記画像において、前記被走査物体(7)上に記録された少なくとも1つの共通点(44)を有するように、前記相関画像(54)と、前記物体(7)上に投影した前記第1のパターン(9.1)の前記第1の作成画像(50)と、前記物体(7)上に投影した前記別のパターン(9.2、9.3、9.4)の前記別の作成画像(51、52、53)とが互いに方向付けられており、前記画像(50、51、52、53)から得られた前記3Dデータを前記画像(50、51、52、53)と前記相関画像(54)とにおける前記少なくとも1つの共通点(44)の前記3Dデータに基づいて合成し、前記画像(50、51、52、53)から得られた前記3Dデータが前記共通点(44)で前記相関画像(54)の前記3Dデータからなる前記3Dデータセット(18)と位置が合っているように前記3Dデータセット(18)を生成することを特徴とする方法。 - 3枚以上の画像(50、51、52、53)を作成し、それらから得られた前記3Dデータを合成して、前記相関画像(54)の前記共通点(44)に基づいて3Dデータセットを生成することを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記画像(50、51、52、53)における前記少なくとも1つの共通点(44)の前記3Dデータと、前記相関画像(54)における前記共通点(44)の前記3Dデータとに基づいて、前記画像(50、51、52、53)の前記3Dデータと、前記相関画像(54)の前記3Dデータとの位置関係を決定し、前記位置関係に基づいて、前記画像(50、51、52、53)の前記3Dデータの位置補正を行い、前記少なくとも2枚の画像(50、51、52、53)の前記補正3Dデータを合成して3Dデータセットを生成することを特徴とする請求項19または請求項20に記載の方法。
- 一方では、前記画像(50、51、52、53)の前記3Dデータにおいて、他方では、前記相関画像(54)の前記3Dデータにおいて、前記少なくとも1つの共通点(44)の実際位置を検索アルゴリズムによって特定することを特徴とする請求項19〜21のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1のパターン(9.1)と前記別のパターン(9.2、9.3、9.4)とが重なり合っていないことを特徴とする請求項19〜22のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1のパターンと前記別のパターン(9.1、9.2、9.3、9.4)とが、方向R1に向けられた平行光縞を示すことを特徴とする請求項23に記載の方法。
- 前記別のパターン(9.2、9.3、9.4)の前記平行光縞(10.2、10.3、10.4)が、前記第1のパターン(9.1)の前記平行光縞(10.1)からずれていることを特徴とする請求項24に記載の方法。
- 前記別のパターン(9.2、9.3、9.4)の前記光縞(10.2、10.3、10.4)と、前記第1のパターン(9.1)の前記光縞(10.1)とが、所要の解像度に必要な距離で互いに離間されていることを特徴とする請求項25に記載の方法。
- 前記相関パターン(9.5)が、前記第1および前記別の画像(50、51、52、53)の前記パターン(9.1、9.2、9.3、9.4)が方向付づけられている方向R1に対して少なくとも5°かつ90°以下の所与の角度αだけ異なる方向R2に向けられた光縞(10.5)を示し、前記共通点(44)が、画像(50、51、52、53)における前記パターン(9.1、9.2、9.3、9.4)の前記光縞(10.1、10.2、10.3、10.4)と、前記相関画像(54)における前記相関パターン(9.5)の前記光縞(10.5)との間の交点により生成されることを特徴とする請求項19〜26のいずれか1項に記載の方法。
- 方向(R2)に向けられた光縞を含む前記相関画像(54)が、方向(R1)に向けられた光縞(d1)を含む前記第1および別の画像(50、51、52、53)よりも、より大きな間隔の前記光縞を示すことを特徴とする請求項27に記載の方法。
- 方向R1と方向(R2)とのなす前記角度αが90°であることを特徴とする請求項27または請求項28に記載の方法。
- 前記パターン(9.1、9.2、9.3、9.4、9.5)の前記方向(R1、R2)に関する方向ベクトルが、前記三角測量法によって定められた三角測量面(8)に対して、0°よりも大きくかつ90°以下の角度(β、γ)であることを特徴とする請求項27〜29のいずれか1項に記載の方法。
- 前記方向(R1)および(R2)が、角度(β)および角度(γ)が+60°または−60°までの角度で、前記三角測量面(8)を取り囲むことを特徴とする請求項30に記載の方法。
- 前記少なくとも1枚の画像(50、51、52、53)における前記パターン(9.1、9.2、9.3、9.4)が、前記相関画像(54)における前記相関パターン(9.5)によって部分的に重なり合い、前記パターン(9.1、9.2、9.3、9.4)の画像と、前記相関パターン(9.5)の画像とに記録される、前記被走査物体(7)上の少なくとも3つの共通点(44)を示すことを特徴とする請求項19〜31のいずれか1項に記載の方法。
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