JP2019100852A - 画像処理システム、及び画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1.1 概要]
まず、図1を参照しながら、実施形態に係る画像処理システムの動作の一例を説明する。図1は、本実施形態に係る画像処理システムの動作原理を説明するための図である。
以下、図1を参照しながら、原理を説明する。ここでは、2D用照明及び3D用照明のエネルギーをそれぞれP2D-projector及びP3D-projector、環境光のエネルギーをPambientとする。また、対象物表面に投光される光の反射率に依存する係数成分であり、2D用照明及び3D用照明のエネルギーを撮像素子で受光するエネルギーに変換する輝度値変換係数をαとする。同じく対象物表面の反射率に依存する成分であり、自然光や外部照明からの光である環境光のエネルギーを撮像素子で受光するエネルギーに変換する輝度値変換係数をβ、とする。なおここでは、2D用照明及び3D用照明により生じるα成分は、3D用照明及び2D用照明を略同一角度(θA≒θB)で対象物表面に投光することでほぼ同一とみなせるものとする。
以下、図2を参照しながら、本実施形態に係る画像処理システム1が動作するための構成例を説明する。画像処理システム1は、大きく、3D投光装置11、2D投光装置13、撮像装置15、制御部110、及び認識部150を含む。なお、制御部110及び認識部150が有する各構成は、プロセッサ上で動作するプログラムとして実現されてもよいし、或いは専用の半導体等のハードウェアとして構成されてもよい。
3D投光装置11は、制御部110の駆動制御部111に含まれる3D用投光制御部113による制御のもと、複雑なパターンを持つ3D用照明を対象物に対して投光する。2D投光装置13は、同じく駆動制御部111に含まれる2D用投光制御部115による制御のもと、中心軸Bに垂直な平面(投光方向の断面方向)上の各位置において照射エネルギーがほぼ一定となる(すなわちパターンを持たない)略均一光を対象物に対して投光する。このとき、3D投光装置11による3D用照明の投光時間を2D投光装置13による2D用照明の投光時間よりも長く、又は、3D投光装置11の光源の強度を2D投光装置13の光源の強度よりも強くしても良い。これにより、撮像装置15により撮像される3D用画像及び2D用画像の輝度値を近づけることができる。
制御部110は、駆動制御部111、画像入力部119、3D用画像記録部121、2D用画像記録部123、環境光画像記録部125、除算画像生成部127、パターン光用画像読込部129、3次元位置計算部131、及び3次元点群出力部133を含む。なお、除算画像生成部127は、本発明の「生成部」の一例であり、3次元位置計算部131は、本発明の「計算部」の一例である。
認識部150は、CADモデル読込部151、CAD照合部153、及び照合結果出力部155を含む。
以下、図3を参照しながら、画像処理システム1の処理の流れを説明する。図3は、画像処理システム1の処理の流れを示すフローチャートである。
以下、図4乃至図7を参照しながら、3D投光装置11及び2D投光装置13の構成例を説明する。
まず、図4を参照しながら、3D投光装置11及び2D投光装置13の第1構成例を説明する。第1構成例では、3D投光装置11及び2D投光装置13は、投光装置40として一体的に構成される。
次に、図5を参照しながら、3D投光装置11及び2D投光装置13の第2構成例を説明する。第2構成例でも第1構成例と同様に、3D投光装置11及び2D投光装置13は、投光装置50として一体的に構成される。しかしながら、第1構成例とは異なり、投光装置50では、3D用照明に用いる光源501と2D用照明に用いる光源507とを独立して設けている。
また、第2構成例では、ビームスプリッタやミラーが不要であるため、第1構成例よりもサイズを小さくしたり、コストを抑制したりできる場合がある。
続いて、図6を参照しながら、3D投光装置11及び2D投光装置13の第3構成例を説明する。第3構成例では、投光装置60が3D投光装置11に、投光装置61が2D投光装置13に、それぞれ相当する。
図7を参照しながら、3D投光装置11及び2D投光装置13の第4構成例を説明する。第4構成例では、投光装置70が3D投光装置11に、光源モジュール71が2D投光装置13に、それぞれ相当する。
投光装置70は、第3構成例に示した投光装置60と同様に、光源701、レンズ703、マスク705、及び投光レンズ707を含む。
以下、図8を参照しながら、画像処理システム1を実現可能なハードウェア構成を説明する。図8は、本実施形態に係る画像処理システム1のハードウェア構成の一例を模式的に例示する。
以上説明したように、本実施形態に係る画像処理システム1では、3次元計測用のパターン光を対象物に投光し、それを撮像することにより得られる3D用画像に加えて、略均一光である2D用照明を投光し、2D用画像を撮像する。3D用画像の成分を2D用画像の成分で除算することで、3次元計測で課題となる、対象物表面の凹凸形状や光の反射/浸透等の反射率に応じた係数成分の影響を除去することができる。これにより、表面の形状が複雑な対象物であっても、好適に3次元形状を計測することができる。
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
3次元形状を特定するためのパターン光を対象物に投光する第1投光部(11)と、
照射エネルギーが投光方向の断面方向において略均一な略均一照明を、前記第1投光部(11)による投光と略同一角度で前記対象物に投光する第2投光部(13)と、
前記第1投光部(11)による前記対象物への前記パターン光の投光を制御する第1投光制御部(113)と、
前記第2投光部(13)による前記対象物への前記略均一照明の投光を制御する第2投光制御部(115)と、
前記対象物を撮像する撮像部(15)と、
前記撮像部(15)による撮像を制御する撮像制御部(117)と、
前記第1投光制御部(113)が前記パターン光の投光するように制御し、かつ、前記第2投光制御部(115)が前記略均一照明の投光しないよう制御した状態で、前記撮像部(15)により撮像された第1撮像画像を記録する第1撮像画像記録部(121)と、
前記第1投光制御部(113)が前記パターン光の投光しないように制御し、かつ、前記第2投光制御部(115)が前記略均一照明の投光するよう制御した状態で、前記撮像部(15)により撮像された第2撮像画像を記録する第2撮像画像記録部(123)と、
前記第1撮像画像に係る成分を前記第2撮像画像に係る成分で除算することにより除算画像を生成する生成部と、
前記除算画像を用いて、前記対象物の3次元位置を計算する計算部と
を備える画像処理システム。
前記生成部(127)は、前記第1投光部及び前記第2投光部の非投光時に、環境光が前記対象物に投光された第3撮像画像に係る成分を前記第1撮像画像に係る成分から減算して得られる画像に係る成分を、前記第2撮像画像に係る成分から前記第3撮像画像に係る成分を減算して得られる画像に係る成分で除算することにより前記除算画像を生成する、
付記1記載の画像処理システム(1)。
前記第1撮像画像の撮像時における前記第1投光部(11)の投光時間よりも、前記第2撮像画像の撮像時における前記第2投光部(13)の投光時間の方が短い、
付記1又は付記2記載の画像処理システム(1)。
前記第1撮像画像の撮像時における前記撮像部(15)の露光時間よりも、前記第2撮像画像の撮像時における前記撮像部(159)の露光時間の方が短い、
付記1又は付記2記載の画像処理システム(1)。
前記第1投光部(11)及び前記第2投光部(13)は、同一の投光レンズ(419、517)を用いて投光する、
付記1乃至付記4のいずれか1項記載の画像処理システム(1)。
前記第1投光部(11)及び前記第2投光部(13)は、同一の光源(401)を用いて投光する、
付記5記載の画像処理システム(1)。
前記第1投光部(11)は、第1光源(501、601、701)を用いて投光し、
前記第2投光部(13)は、前記第1光源(501、601、701)と別に設けられた第2光源(507、611、711)を用いて、前記第1投光部(11)と略同一角度で前記対象物に投光する、
付記1乃至付記4のいずれか1項記載の画像処理システム(1)。
前記第1投光部(11)は、第1光源(601)及び第1投光レンズ(607)を用いて投光し、
前記第2投光部(13)は、前記第1光源(601)及び前記第1投光レンズ(607)とは別に設けられた第2光源(611)及び第2投光レンズ(617)を用いて、前記第1投光部(11)による投光と略同一角度で前記対象物に投光する、
付記1乃至付記4のいずれか1項記載の画像処理システム(1)。
前記第1光源の強度は、前記第2光源の強度よりも強い、
付記7又は付記8記載の画像処理システム(1)。
前記対象物の3次元構造データを読み込む読込部(151)と、
前記対象物に係る前記3次元構造データと、前記3次元位置とを照合する照合部(153)と
を更に備える、付記1乃至付記9のいずれか1項記載の画像処理システム(1)。
3次元形状を特定するためのパターン光を対象物に投光する第1投光部(11)を制御する第1投光処理と、
照射エネルギーが投光方向の断面方向において略均一な略均一照明を、前記第1投光処理による投光と略同一角度で前記対象物に投光する第2投光部(13)を制御する第2投光処理と、
前記対象物を撮像する撮像部(15)を制御する撮像処理と、
前記第1投光処理で前記パターン光の投光するように制御し、かつ、前記第2投光処理で前記略均一照明の投光しないよう制御した状態で、前記撮像部により撮像された第1撮像画像を記録する第1撮像画像記録処理と、
前記第1投光処理で前記パターン光の投光しないように制御し、かつ、前記第2投光処理で前記略均一照明の投光するよう制御した状態で、前記撮像部により撮像された第2撮像画像を記録する第2撮像画像記録処理と、
前記第1撮像画像に係る成分を、前記第2撮像画像に係る成分で除算することにより除算画像を生成する生成処理と、
前記除算画像を用いて、前記対象物の3次元位置を計算する計算処理と
を画像処理システム(1)が行う、画像処理方法。
Claims (11)
- 3次元形状を特定するためのパターン光を対象物に投光する第1投光部と、
照射エネルギーが投光方向の断面方向において略均一な略均一照明を、前記第1投光部による投光と略同一角度で前記対象物に投光する第2投光部と、
前記第1投光部による前記対象物への前記パターン光の投光を制御する第1投光制御部と、
前記第2投光部による前記対象物への前記略均一照明の投光を制御する第2投光制御部と、
前記対象物を撮像する撮像部と、
前記撮像部による撮像を制御する撮像制御部と、
前記第1投光制御部が前記パターン光の投光するように制御し、かつ、前記第2投光制御部が前記略均一照明の投光しないよう制御した状態で、前記撮像部により撮像された第1撮像画像を記録する第1撮像画像記録部と、
前記第1投光制御部が前記パターン光の投光しないように制御し、かつ、前記第2投光制御部が前記略均一照明の投光するよう制御した状態で、前記撮像部により撮像された第2撮像画像を記録する第2撮像画像記録部と、
前記第1撮像画像に係る成分を前記第2撮像画像に係る成分で除算することにより除算画像を生成する生成部と、
前記除算画像を用いて、前記対象物の3次元位置を計算する計算部と
を備える画像処理システム。 - 前記生成部は、前記第1投光部及び前記第2投光部の非投光時に、環境光が前記対象物に投光された第3撮像画像に係る成分を前記第1撮像画像に係る成分から減算して得られる画像に係る成分を、前記第2撮像画像に係る成分から前記第3撮像画像に係る成分を減算して得られる画像に係る成分で除算することにより前記除算画像を生成する、
請求項1記載の画像処理システム。 - 前記第1撮像画像の撮像時における前記第1投光部の投光時間よりも、前記第2撮像画像の撮像時における前記第2投光部の投光時間の方が短い、
請求項1又は請求項2記載の画像処理システム。 - 前記第1撮像画像の撮像時における前記撮像部の露光時間よりも、前記第2撮像画像の撮像時における前記撮像部の露光時間の方が短い、
請求項1又は請求項2記載の画像処理システム。 - 前記第1投光部及び前記第2投光部は、同一の投光レンズを用いて投光する、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の画像処理システム。 - 前記第1投光部及び前記第2投光部は、同一の光源を用いて投光する、
請求項5記載の画像処理システム。 - 前記第1投光部は、第1光源を用いて投光し、
前記第2投光部は、前記第1光源と別に設けられた第2光源を用いて、前記第1投光部と略同一角度で前記対象物に投光する、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の画像処理システム。 - 前記第1投光部は、第1光源及び第1投光レンズを用いて投光し、
前記第2投光部は、前記第1光源及び前記第1投光レンズとは別に設けられた第2光源及び第2投光レンズを用いて、前記第1投光部による投光と略同一角度で前記対象物に投光する、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の画像処理システム。 - 前記第1光源の強度は、前記第2光源の強度よりも強い、
請求項7又は請求項8記載の画像処理システム。 - 前記対象物の3次元構造データを読み込む読込部と、
前記対象物に係る前記3次元構造データと、前記3次元位置とを照合する照合部と
を更に備える、請求項1乃至請求項9のいずれか1項記載の画像処理システム。 - 3次元形状を特定するためのパターン光を対象物に投光する第1投光部を制御する第1投光処理と、
照射エネルギーが投光方向の断面方向において略均一な略均一照明を、前記第1投光処理による投光と略同一角度で前記対象物に投光する第2投光部を制御する第2投光処理と、
前記対象物を撮像する撮像部を制御する撮像処理と、
前記第1投光処理で前記パターン光の投光するように制御し、かつ、前記第2投光処理で前記略均一照明の投光しないよう制御した状態で、前記撮像部により撮像された第1撮像画像を記録する第1撮像画像記録処理と、
前記第1投光処理で前記パターン光の投光しないように制御し、かつ、前記第2投光処理で前記略均一照明の投光するよう制御した状態で、前記撮像部により撮像された第2撮像画像を記録する第2撮像画像記録処理と、
前記第1撮像画像に係る成分を、前記第2撮像画像に係る成分で除算することにより除算画像を生成する生成処理と、
前記除算画像を用いて、前記対象物の3次元位置を計算する計算処理と
を画像処理システムが行う、画像処理方法。
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