JP4871352B2 - 3次元スキャンの自動参照システム及び装置 - Google Patents
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Description
少なくとも一つのレーザパターンプロジェクタセット及び少なくとも二つの対物レンズと光検出器とのセットを含むハンドヘルド感知装置である、各光検出器からイメージを提供するハンドヘルド感知装置と、
物体表面上の前記投射レーザパターンの反射から少なくとも一つの2D表面ポイントセットを得て、及びターゲット位置決め特徴の観測結果から少なくとも二つの2D位置決め特徴セットを得るように構成されるイメージプロセッサと、
前記2D表面ポイントセットをセンサ座標系に関連する3D表面ポイントセットに変換する3D表面ポイント算出器と、
前記2D位置決め特徴セットをセンサ座標系に関連する算出(calculated)3D位置決め特徴セットに変換する3D位置決め特徴算出器と、
3D位置決め特徴セット及び2D位置決め特徴セットを、すでに観測されている位置決め特徴の累積表現(accumulated representation)とマッチングし、現在の感知装置と前記位置決め特徴の累積表現との空間関係を算出する位置決め特徴マッチャ(matcher)と、
3D位置決め特徴セットをグローバル座標系に関連する算出3D位置決め特徴セットに変換する3D位置決め特徴変換器と、
すでに観測されている3D位置決め特徴の表現を算出、更新、及び累積する3D参照(reference)位置決め特徴モデルビルダと、
前記3D表面ポイントセットを3D位置決め特徴表現に関連するグローバル座標系に変換する3D表面ポイント変換器、
とを備える3次元スキャンシステムが提供される。
物体表面のレーザ投射パターンの反射からの少なくとも一つの2D表面ポイントセット及びターゲット位置決め特徴の観測結果からの少なくとも二つの2D位置決め特徴セットを得るステップと、
前記2D表面ポイントセットをセンサ座標系に関連する3D表面ポイントセットに変換するステップと、
前記2D位置決め特徴セットをセンサ座標系に関連する算出3D位置決め特徴セットに変換するステップと、
3D位置決め特徴セット及び2D位置決め特徴セットを、すでに観測されている位置決め特徴の累積表現とマッチングし、現在の感知装置と前記位置決め特徴の累積表現との空間関係を算出するステップと、
3D位置決め特徴セットをグローバル座標系に関連する算出3D位置決め特徴セットに変換するステップと、
すでに観測されている3D位置決め特徴の表現を算出、更新、及び累積するステップと、
前記3D表面ポイントセットを3D位置決め特徴表現に関連するグローバル座標系に変換するステップ、
とを含む方法が提供される。
前記物体に投射パターンを提供すること、
前記物体に位置決め特徴セットを固定することによって、前記位置決め特徴が前記物体上で静止したままである一方で、前記物体ひいては前記物体座標系が空間内で移動できるようにすること、
前記物体の前記投射パターン及び前記位置決め特徴セットの少なくとも一部の一対の2Dイメージを取得することであって、前記一対の2Dイメージの取得位置は感知装置座標系で定義されること、
前記一対の2Dイメージから、前記投射パターンからの一対の2D表面ポイントセット及び前記位置決め特徴セットの前記少なくとも一部からの一対の2D位置決め特徴セットを抽出すること、
前記一対の2D表面ポイントセットを使用して、前記感知装置座標系で3D表面ポイントセットを算出すること、
前記一対の2D位置決め特徴セットを使用して、前記感知装置座標系で3D位置決め特徴セットを算出すること、
前記感知装置座標系での前記算出3D位置決め特徴セットと前記物体座標系での参照3D位置決め特徴セットとの間で対応する特徴をマッチングすることで、前記感知装置座標系と前記物体座標系との間の現在の空間関係を特徴付ける変換パラメータを計算することであって、前記参照3D位置決め特徴は以前の観測結果から累積されること、
前記変換パラメータを使用して、前記感知装置座標系での前記算出3D表面ポイントセットを前記物体座標系での変換(transformed)3D表面ポイントセットに変換すること、
前記変換パラメータを使用して、前記感知装置座標系での前記算出3D位置決め特徴セットを前記物体座標系での変換3D位置決め特徴セットに変換すること、
及び、前記変換3D位置決め特徴セットを累積することによって、前記参照3D位置決め特徴セットを提供して増補すること、
を含む方法が提供される。
前記物体に投射パターンを提供するパターンプロジェクタ、前記物体上の前記投射パターン及び位置決め特徴セットの少なくとも一部の一対の2Dイメージを得るための一対のカメラ、及び、感知装置座標系を有する感知装置であって、前記位置決め特徴が前記物体上で静止したままである一方で、前記物体ひいては前記物体座標系が空間内で移動できるように前記位置決め特徴セットが前記物体に固定される、感知装置と、
前記一対の2Dイメージから、前記投射パターンからの2D表面ポイントセット及び前記位置決め特徴セットの前記少なくとも一部からの一対の2D位置決め特徴セットを抽出するイメージプロセッサと、
前記一対の2D表面ポイントセットを使用して、前記感知装置座標系で3D表面ポイントセットを算出する3D表面ポイント算出器と、
前記一対の2D位置決め特徴セットを使用して、前記感知装置座標系で3D位置決め特徴セットを算出する3D位置決め特徴算出器と、
前記感知装置での前記算出3D位置決め特徴セットと前記物体座標系での参照3D位置決め特徴セットとの間の対応する特徴をマッチングすることにより、前記感知装置座標系と前記物体座標系との間の現在の空間変換を特徴付ける変換パラメータを計算する位置決め特徴マッチャであって、前記参照3D位置決め特徴セットは以前の観測結果から得られる、位置決め特徴マッチャと、
前記変換パラメータを使用して、前記感知装置座標系での前記算出3D表面ポイントセットを前記物体座標系での変換3D表面ポイントセットに変換する3D表面ポイント変換器と、
前記変換パラメータを使用して、前記感知装置座標系での前記算出3D位置決め特徴セットを前記物体座標系での変換3D位置決め特徴セットに変換する3D位置決め特徴変換器と、
前記変換3D位置決め特徴セットを累積することによって、前記参照3D位置決め特徴を提供して増補する参照位置決め特徴ビルダ、
とを備えるシステムが提供される。
感知装置現在(current)座標系と、
前記物体に投射パターンを提供するパターンプロジェクタと、
前記投射パターン及び位置決め特徴セットの少なくとも一部の一対の2Dイメージを得るための一対のカメラとを備え、
前記位置決め特徴は、前記位置決め特徴の少なくとも一部が所与の時間に前記一対の2Dイメージ内にあるように配置され、前記一対のカメラ間の空間関係は既知であり、前記一対の2Dイメージは前記物体の算出3D表面ポイント及び算出3D位置決め特徴を前記感知装置現在座標系で提供し、前記算出3D位置決め特徴は、前記感知装置現在座標系での前記算出3D位置決め特徴セットと前記物体座標系での参照3D位置決め特徴セット内との間の対応する特徴をマッチングすることにより、前記現在感知装置座標系と前記物体座標系との間の空間変換を特徴付け、前記物体座標系での変換3D表面ポイントが前記変換を用いて算出される、自動参照感知装置が提供される。
図2は、本発明による3次元表面スキャン装置の構成を示す。
図3は、本発明による、取得中に測定すべき物体と共に、図2に示す装置の構成を示す。
システムは、本明細書においてより詳細に後述する感知装置12を備える。感知装置12は、観測シーンのイメージセット13、すなわちフレームを集めてイメージプロセッサ14に送信する。これらのイメージは、各自の投射中心(center of projection)をそれぞれ有する少なくとも二つの視点から収集される。イメージに含まれる関連情報は、物体表面上で反射されるレーザ投射パターン並びに他のフレームキャプチャに対する感知装置の相対位置を算出するために使用される位置決め特徴から生じるものである。所与のフレーム内のすべてのイメージは同時にキャプチャされ、位置決め測定結果及び表面測定結果の両方を含むため、位置決め測定結果と表面測定結果との同期は暗黙である。
イメージプロセッサ14は、位置決め特徴及び表面ポイントを各イメージから抽出する。各イメージについて、2D表面ポイント15のセット及び第二の観測2D位置決め特徴21のセットが出力される。これらのポイント及び特徴は、それぞれに固有の特性(characteristics)に基づいてイメージ内で識別される。位置決め特徴は、分離されるレーザポイントのトレースであるか、又は円形の再帰反射ターゲットである。これらの特徴に関連するピクセルは背景と対照(contrasting)を成し、セントロイド又は楕円近似を用いてそれぞれの位置を測定する前に、単純なイメージ処理技法を用いて分離することができる(E.Trucco and A.Verri,“Introductory techniques for 3−D computer vision”,Prentice Hall,1998,p.101−108参照)。円形のターゲットを使用することにより、表面法線の向き(surface normal orientation)情報を近似楕円の方程式から抽出することができ、これにより感知装置の位置決めが容易になる。レーザパターンプロジェクタはイメージ内にコントラスティング・カーブ・セクション(contrasting curve sections)を形成し、それにより異なる2D形状を提示するため、表面ポイントセットは位置決め特徴から区別される。イメージカーブ・セクション(curve sections)は単一ブロブ(blobs)として分離され、これらの各ブロブについて、カーブセグメント(curve segment)が解析されて、サブピクセル精度でカーブ上のポイントセットが抽出される。これは、カーブセクションにわたり微分演算子(differential operator)を畳み込み(convolving)、そのレスポンスのゼロクロッシング(zero−crossing)を補間(interpolating)することにより実現される。
感知装置はキャリブレートされているため、カメラの視点間でマッチした位置決め特徴は、3D位置決め特徴算出器22を用いてそれぞれの3D位置を測定するのに使用される。観測2D位置決め特徴のセットがエピポーラ拘束を用いてマッチングされて、明確なマッチングが得られる。エピポーラ線が、カメラのキャリブレートされた射影行列から算出される基本行列(fundamental matrix)を使用して算出される。次に、カメラの既知の射影行列から、三角測量が適用されて、単一の算出3D位置決め特徴23セットが感知装置座標系で算出される。このポイントセットは、位置決め特徴マッチャに供給されて感知装置の現在の状態についての観測結果を提供し、そして3D位置決め特徴変換器に供給されて、物体座標系での参照3D位置決め特徴を最終的に更新する。
3D表面ポイント算出器16は、抽出された2D表面ポイント15のセットを入力として受け取る。これらのポイントには、レーザ投射パターンの部分、たとえば十字形パターンの場合では二つの平面のうちの一方を関連付けることができる。関連が分かっている場合、対応する投射光線とレーザ平面の方程式とを交差(intersecting)させることにより、各2Dポイントを感知装置座標系での3Dポイントに変換することができる。光線の方程式は、関連するカメラの射影行列から得られる。レーザ平面方程式は事前キャリブレーション手順を用いて(P.Hebert,“A Self−Referenced Hand−Held Range Sensor”,in proc. of the 3rd International Conference on 3D Digital Imaging and Modeling(3DIM 2001),28 May−1 June 2001,Quebec City,Canada,pp.5−12参照)、又はたとえば正確な平行移動段階を用いて感知装置をキャリブレートした後にテーブルルックアップ(look−up)を利用して得られる。両方の手法は適切である。前者では、手順は単純であり、高度な機器は必要ないが、カメラの内因性パラメータ及び外因性パラメータの非常に良好な測定が必要である。
主に位置決め特徴マッチャ24及び参照位置決め特徴ビルダ28において実施される位置決めサブシステムのタスクは、変換パラメータ25を算出3D表面ポイント17の各セットに提供することである。これらの変換パラメータ25は、構造を保持しながら算出3D表面ポイント17を単一の物体座標系に変換できるようにし、この変換は剛体変換である。これは、参照3D位置決め特徴29のセットを物体座標系で構築して保持することにより実現される。位置決め特徴は、3Dポイントセット、表面法線又は他の任意の表面特性が関連付けられる3Dポイントセットであることができる。この好ましい実施形態では、すべての位置決め特徴が、三つの座標軸に沿ったポイントの位置を示す三つの成分を含む列ベクトル[x,y,z]Tとして表される3Dポイントであると仮定される。
|‖oi−oj‖−‖ri−rj‖|≦ε
(全てのi,j∈{1,...,N},i≠j) (1)
によって見つけることにより実現され、式中、εは感知装置の精度に対応して設定される予め定められる閾値である。この制約は、二つのセット内の対応するポイント対間の距離の差がごく僅かであることを課す。
を最小化する変換であり、式中、pi∈P1又はpi∈P2は、3D観測特徴oi∈Omに対応する観測2D特徴である。剛体変換[M T]は、レーベンバーグ−マルカート法(Levenberg−Marquardt method)等の最適化アルゴリズムを用いて上記コスト関数を最小化することにより見つけることができる。
剛体変換が計算された後、3D位置決め特徴変換器26は、算出3D位置決め特徴セットを感知装置座標系23から物体座標系27に変換する。変換3D位置決め特徴を使用して、参照3D位置決め特徴29のセットを二つの方法で更新する。第一に、観測特徴のサブセットのみが参照3D位置決め特徴29のセットとマッチした場合、マッチしなかった観測特徴は参照セットに追加される新たな観測特徴を表す。再観測されてマッチした特徴は(すでに参照セット内にあるため)破棄されるか、又は改良、すなわち、既存の特徴のフィルタリングに用いられる。たとえば、同じ特徴のすべての観測結果を一緒にまとめて、平均特徴位置を計算することができる。そうすることにより、測定ノイズの分散が低減され、ひいては位置決めシステムの精度が向上する。
表面ポイントの処理ステップは、位置決め特徴マッチャ24が変換パラメータ25を提供してしまえば単純である。3D表面ポイント算出器16により提供された感知装置座標系での算出3D表面ポイント17のセットが次に、位置決め特徴マッチャ24により提供された同じ変換パラメータ25を使用して3D表面ポイント変換器18により変換され、変換パラメータは、位置決めサブシステムと物体座標系での表面ポイントの統合との間の情報のメインリンクである。したがって、この結果得られる物体座標系での変換3D表面ポイント19のセットは必然的に、参照3D位置決め特徴29のセットと同じ座標系で位置合わせされる。3D表面ポイント19の最終セットは視覚化、又は好ましくは表面再構築器20に供給されることができ、該表面再構築器20は、連続して非冗長的であって場合によってはフィルタリングされた表面表現31を測定し、該表面表現31は、ユーザーインターフェースディスプレイ30に、任意選択的に、重ね合わせた参照3D位置決め特徴29のセットと共に表示される。
12 感知装置
14 イメージプロセッサ
16 3D表面ポイント算出器
18 3D表面ポイント変換器
20 表面再構築器
22 3D位置決め特徴算出器
24 位置決め特徴マッチャ
28 参照位置決め特徴ビルダ
30 ユーザーインターフェースディスプレイ
40 感知装置
42 レーザパターンプロジェクタ
46 光検出器
48 干渉フィルタ
50 LED
58 投射パターン
Claims (30)
- 物体座標系で物体の3次元表面ポイント(surface points)を得るシステムであって、
前記物体上のターゲット位置決め特徴(target positioning features)セットであって、前記ターゲット位置決め特徴はそれぞれ前記物体上の固定位置に提供され、前記物体座標系は前記ターゲット位置決め特徴を使用して定義される、ターゲット位置決め特徴セットと、
一つの感知装置(sensing device)であって、投射パターンを前記物体の表面上に提供するパターンプロジェクタと、前記物体の2Dイメージをそれぞれ取得する少なくとも一対のカメラとを有し、前記投射パターン及び前記ターゲット位置決め特徴セットの少なくとも一部が前記イメージ上で明らかであり、前記2Dイメージはそれぞれ感知装置座標系で参照される視点から取得される、感知装置と、
前記2Dイメージから、前記表面上の前記投射パターンの反射から少なくとも一つの2D表面ポイントセットを抽出し、及び前記表面上の前記ターゲット位置決め特徴の反射から少なくとも二つの2D位置決め特徴セットを抽出するイメージプロセッサと、
前記2D表面ポイントセットを使用して、前記感知装置座標系での3D表面ポイントセットを算出する3D表面ポイント算出器と、
前記2D位置決め特徴セットを使用して、前記感知装置座標系での算出(calculated)3D位置決め特徴セットを算出する3D位置決め特徴算出器と、
前記感知装置座標系での前記算出3D位置決め特徴セットと前記物体座標系での参照(reference)3D位置決め特徴セットとの間の対応する特徴をマッチングすることにより、前記感知装置座標系と前記物体座標系との間の現在の空間関係を特徴付ける変換パラメータを計算する位置決め特徴マッチャ(matcher)と、
前記変換パラメータを使用して、前記算出3D位置決め特徴セットのうちの、マッチした算出3D位置決め特徴セットを、前記物体座標系での変換(transformed)3D位置決め特徴セットに変換する、3D位置決め特徴変換器と、
前記変換パラメータを使用して、前記3D表面ポイントセットを前記物体座標系での変換3D表面ポイントセットに変換する、3D表面ポイント変換器と、
前記変換3D位置決め特徴セットを累積して、前記参照3D位置決め特徴セットを改良する3D参照位置決め特徴モデルビルダ、
を備えており、
3D位置決め特徴変換器は、前記変換パラメータを用いて、前記算出3D位置決め特徴セットのうちの、新しく観測された位置決め特徴に対応する、マッチしなかった算出3D位置決め特徴セットを、前記物体座標系での、マッチしなかった変換(transformed)3D位置決め特徴セットに変換し、そして、
3D参照位置決め特徴モデルビルダは、前記参照3D位置決め特徴セットを増補するために、前述のマッチしなかった変換(transformed)3D位置決め特徴セットを、前記参照3D位置決め特徴セットに追加することを特徴とする、
物体座標系で物体の3次元表面ポイントを得るシステム。 - 前記感知装置から前記イメージプロセッサに前記一対の2Dイメージを送信すること、及び前記変換3D表面ポイントを送信することのうちの少なくとも一方を行う無線送信器をさらに備える、請求項1に記載の物体座標系で物体の3次元表面ポイントを得るシステム。
- 前記変換3D表面ポイントセットを累積して、前記物体の3D表面モデルを提供する表面再構築器をさらに備える、請求項1に記載の物体座標系で物体の3次元表面ポイントを得るシステム。
- 前記物体の前記3D表面モデルを可視化するディスプレイをさらに備える、請求項3に記載の物体座標系で物体の3次元表面ポイントを得るシステム。
- 前記参照3D位置決め特徴を可視化するディスプレイをさらに備える、請求項1に記載の物体座標系で物体の3次元表面ポイントを得るシステム。
- 前記投射パターンは二つの光平面を有する十字形パターンを備える、請求項1に記載の物体座標系で物体の3次元表面ポイントを得るシステム。
- 前記十字形パターンは、前記各光平面が前記一対のカメラのうちの一方のカメラと前記パターンプロジェクタにより画定されるエピポーラ平面と位置合わせされるような向きを有する、請求項6に記載の物体座標系で物体の3次元表面ポイントを得るシステム。
- 前記パターンプロジェクタと前記一対のカメラは、直角二等辺三角形及び対称な構成を画定し、前記二つの光平面は直角を画定する、請求項1に記載の物体座標系で物体の3次元表面ポイントを得るシステム。
- ターゲット位置決め特徴は、外部固定プロジェクタセットを使用して前記表面に投射される、請求項1に記載の物体座標系で物体の3次元表面ポイントを得るシステム。
- 前記位置決め特徴は前記物体の前記表面に固定して取り付けられる、請求項1に記載の物体座標系で物体の3次元表面ポイントを得るシステム。
- 前記位置決め特徴は再帰反射ターゲットであり、
前記感知装置は、前記位置決め特徴セットの少なくとも一部分を照らす少なくとも一つの光源をさらに有する、請求項10に記載の物体座標系で物体の3次元表面ポイントを得るシステム。 - 前記一対のカメラの各カメラには、前記カメラの投射中心(center of projection)付近に位置決めされる前記光源の少なくとも一つが関連付けられる、請求項11に記載の物体座標系で物体の3次元表面ポイントを得るシステム。
- 前記イメージプロセッサ、前記3D表面ポイント算出器、前記3D位置決め特徴算出器、前記位置決め特徴マッチャ、前記3D位置決め特徴変換器、前記参照3D位置決め特徴モデルビルダ、及び前記3D表面ポイント変換器のうちの少なくとも一つを実装する電子チップをさらに備える、請求項1に記載の物体座標系で物体の3次元表面ポイントを得るシステム。
- 物体をスキャンして物体座標系での3次元表面ポイント(surface points)を提供する自動参照(auto−referenced)感知装置(sensing device)であって、
再帰反射ターゲット位置決め特徴(target positioning features)セットの少なくとも一部を照らしてイメージ取得できるようにする光をする発光ダイオード(LED)光源であって、前記再帰反射ターゲット位置決め特徴はそれぞれ前記物体上の固定位置に提供される、発光ダイオード(LED)光源と、
前記LED光源に加えて、前記セットの前記一部における前記再帰反射ターゲット位置決め特徴のうち少なくとも2つの間の密なポイントを照らしてイメージ取得できるようにするために、前記物体の表面に投射レーザーパターンを提供するレーザーパターンプロジェクタと、
前記物体の2Dイメージをそれぞれ同時に取得する少なくとも一対のカメラ、
を備え、
前記投射レーザーパターン及び前記再帰反射ターゲット位置決め特徴セットの前記一部との両方が前記同時イメージ上で明らかであり、前記一対のカメラの間の空間的関係が既知であり、
前記LED光源は前記少なくとも一対のカメラにごく接近して提供され、
前記再帰反射ターゲット位置決め特徴セットの前記一部は、前記カメラに向けて、前記発光ダイオード(LED)光源によって発せられた前記光の少なくとも一部を反射し、
前記一対のカメラによって取得された前記同時イメージは、前記イメージ上で明らかである前記再帰反射ターゲット位置決め特徴セットの前記一部から利用できるようになる位置決めの測定結果と、前記イメージ上で明らかである前記投射レーザーパターンによって可能にされた前記ポイントから利用できるようになる密な表面測定結果の両方を含んでいる、自動参照感知装置。 - 前記物体の前記2Dイメージを送信する送信器をさらに備える、請求項14に記載の自動参照感知装置。
- 前記送信器は無線送信器である、請求項15に記載の自動参照感知装置。
- 前記2Dイメージから、前記表面上の前記投射パターンの反射から少なくとも一つの2D表面ポイントセットを抽出し、及び前記表面上の前記ターゲット位置決め特徴の反射から少なくとも二つの2D位置決め特徴セットを抽出するイメージプロセッサと、
前記2D表面ポイントセットを使用して、前記感知装置座標系での3D表面ポイントセットを算出する3D表面ポイント算出器と、
前記2D位置決め特徴セットを使用して、前記感知装置座標系での算出3D位置決め特徴セットを算出する3D位置決め特徴算出器と、
前記感知装置座標系での前記算出3D位置決め特徴セットと前記物体座標系での参照3D位置決め特徴セットとの間の対応する特徴をマッチングすることにより、前記感知装置座標系と前記物体座標系との間の現在の空間関係を特徴付ける変換パラメータを計算する位置決め特徴マッチャと、
前記変換パラメータを使用して、前記算出3D位置決め特徴セットを前記物体座標系での変換3D位置決め特徴セットに変換する、3D位置決め特徴変換器と、
前記変換パラメータを使用して、前記3D表面ポイントセットを前記物体座標系での変換3D表面ポイントセットに変換する、3D表面ポイント変換器と、
前記変換3D位置決め特徴セットを累積して、前記参照3D位置決め特徴セットを改良する3D参照位置決め特徴モデルビルダ、
をさらに備える、請求項14に記載の自動参照感知装置。 - 前記イメージプロセッサ、前記3D表面ポイント算出器、前記3D位置決め特徴算出器、前記位置決め特徴マッチャ、前記3D位置決め特徴変換器、前記参照3D位置決め特徴モデルビルダ、及び前記3D表面ポイント変換器のうちの少なくとも一つを実装する電子チップをさらに備える、請求項17に記載の自動参照感知装置。
- 前記物体の前記変換3D表面ポイントを送信する送信器をさらに備える、請求項18に記載の自動参照感知装置。
- 物体座標系で物体の3次元表面ポイント(surface points)を得る方法であって、
パターンプロジェクタを用いて投射パターンを前記物体の表面に提供すること、
前記物体上にターゲット位置決め特徴(target positioning features)セットを提供することであって、前記ターゲット位置決め特徴はそれぞれ前記物体上の固定位置に提供され、前記物体座標系は前記ターゲット位置決め特徴を使用して定義されること、及び、
既知の空間的関係を有する少なくとも一対のカメラによって前記物体の少なくとも一対の2Dイメージを取得することであって、前記投射パターン及び前記ターゲット位置決め特徴セットの少なくとも一部が前記イメージ上で明らかであり、前記2Dイメージはそれぞれ、一つの感知装置による感知装置座標系で参照される視点から得られる、前記物体の少なくとも一対の2Dイメージを取得することを含んでおり、
前記少なくとも一対のカメラと関連して電子チップを用いて、以下の過程、すなわち、
前記2Dイメージから、前記表面上の前記投射パターンの反射から少なくとも一つの2D表面ポイントセットを抽出し、及び前記表面上の前記ターゲット位置決め特徴の反射から少なくとも二つの2D位置決め特徴セットを抽出する過程、
前記2D表面ポイントセットを使用して、前記感知装置座標系で3D表面ポイントセットを算出する過程、
前記2D位置決め特徴セットを使用して、前記感知装置座標系で算出(calculated)3D位置決め特徴セットを算出する過程、
前記感知装置座標系での前記算出3D位置決め特徴セットと前記物体座標系での参照3D位置決め特徴セットとの間の対応する特徴をマッチングすることにより、前記感知装置座標系と前記物体座標系との間の現在の空間関係を特徴付ける変換パラメータを計算する過程、
前記変換パラメータを使用して、前記算出3D位置決め特徴セットのうちの、マッチした算出3D位置決め特徴セットを、前記物体座標系での変換(transformed)3D位置決め特徴セットに変換する過程、
前記変換3D位置決め特徴セットを累積することによって、前記参照3D位置決め特徴セットを改良する過程、及び、
前記変換パラメータを使用して、前記3D表面ポイントセットを前記物体座標系での変換3D表面ポイントセットに変換する過程を実行し、
該方法がさらに、
前記変換パラメータを用いて、前記算出3D位置決め特徴セットのうちの、新しく観測された位置決め特徴に対応する、マッチしなかった算出3D位置決め特徴セットを、前記物体座標系での、マッチしなかった変換(transformed)3D位置決め特徴セットに変換すること、及び、
前記参照3D位置決め特徴セットを増補するために、前述のマッチしなかった変換(transformed)3D位置決め特徴セットを、前記参照3D位置決め特徴セットに追加すること、
とを含む、物体座標系で物体の3次元表面ポイントを得る方法。 - 前記電子チップが、前記変換3D表面ポイントセットを累積することによって、前記物体の3D表面モデルを提供する過程をさらに実行する、請求項20に記載の物体座標系で物体の3次元表面ポイントを得る方法。
- 前記位置決め特徴は前記物体の前記表面に固定して取り付けられる、請求項20に記載の物体座標系で物体の3次元表面ポイントを得る方法。
- 前記位置決め特徴は再帰反射ターゲットであり、前記方法は、前記位置決め特徴セットの少なくとも一部分を光源によって照らすことをさらに含む、請求項22に記載の物体座標系で物体の3次元表面ポイントを得る方法。
- 前記位置決め特徴は円形ターゲットであり、前記算出3D位置決め特徴は表面法線向き(surface normal orientation)をさらに含む、請求項22に記載の物体座標系で物体の3次元表面ポイントを得る方法。
- 前記計算することが、前記算出3D位置決め特徴セットと前記参照3D位置決め特徴セットとを最もよく位置合わせする最適な剛体3D変換を見つけることを含んでいる、請求項20に記載の物体座標系で物体の3次元表面ポイントを得る方法。
- 前記レーザーパターンプロジェクタは、前記物体の表面上に十字形パターンを提供することを特徴とする、請求項14に記載の自動参照感知装置。
- 前記発光ダイオード(LED)光源は前記一対のカメラにおける一つのカメラの周囲に分散されるLEDのセットであることを特徴とする、請求項14に記載の自動参照感知装置。
- 前記レーザーパターンプロジェクタの波長が、前記発光ダイオード(LED)光源の波長とマッチされることを特徴とする、請求項14に記載の自動参照感知装置。
- 前記発光ダイオード(LED)光源が、前記一対のカメラの各カメラ毎に一の、二つの発光ダイオード(LED)光源のセットであることを特徴とする、請求項14に記載の自動参照感知装置。
- 前記二つの発光ダイオード(LED)光源は、複数のLEDの2セットであり、前記2セットにおける各セットが、前記一対のカメラにおける一つのカメラの周囲に分散されることを特徴とする、請求項29に記載の自動参照感知装置。
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