JP4985213B2 - 3次元形状計測方法および装置ならびにプログラム - Google Patents
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Description
上記従来手法において、カメラA203およびカメラB204として通常のカメラを用いることも可能であるため、別途フラッシュ等の照明を利用してテクスチャ画像を撮影しておくことで、3次元形状物体の外観であるテクスチャデータ(画像)を取得することもできる。このテクスチャデータを、計測した形状データに対して貼り付けて、3次元CG(Computer Graphics)におけるテクスチャマッピングの手法により様々な方向から眺めることのできるカタログ等の応用に供することもできる。
[第1の実施の形態]図1は、本発明の第1の実施の形態に係る3次元形状計測装置301の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る3次元形状計測装置301は、光投射器A201と、光投射器B202と、カメラA203と、カメラB204と、光投射器・カメラ制御手段205と、画像記憶手段A−A206と、画像記憶手段A−B207と、画像記憶手段B−A208と、画像記憶手段B−B209と、位相計算手段210と、位相記憶手段A−A211と、位相記憶手段A−B212と、位相記憶手段B−A213と、位相記憶手段B−B214と、絶対位相決定手段A−A/B−A215と、絶対位相決定手段A−B/B−B216と、絶対位相値変換手段217と、3次元座標値変換手段218と、3次元座標値記憶手段A−A219と、3次元座標値記憶手段B−B220と、3次元座標値合成手段221と、光投射器A/カメラA相対位置記憶手段223と、光投射器B/カメラB相対位置記憶手段224と、カメラA/B相対位置記憶手段225と、3次元形状補正手段302とを含んで構成されている。
2 光投射器B制御信号
3 カメラA制御信号
4 カメラB制御信号
5 カメラA出力信号
6 カメラB出力信号
7 カメラA出力制御信号
8 カメラB出力制御信号
9 画像信号A−A
10 画像信号A−B
11 画像信号B−A
12 画像信号B−B
13 位相信号
14 位相計算制御信号
15 位相信号A−A
16 位相信号A−B
17 位相信号B−A
18 位相信号B−B
19 絶対位相信号A−A(A−A/B−A)
20 絶対位相信号B−B(A−B/B−B)
21 絶対位相変換信号
22 3次元座標値制御信号
23 3次元座標信号
24 3次元座標値信号A−A
25 3次元座標値信号B−B
26 合成3次元座標値信号
27 光投射器A/カメラA相対位置・向き信号
28 光投射器B/カメラB相対位置・向き信号
29 カメラA/B相対位置・向き信号
30 着目画素信号
31 着目3次元座標信号
32 対応画素信号
33 合致3次元座標信号
34 合致3次元座標リスト信号
35 座標補正信号
36 3次元座標補正信号B−B
37 着目テクスチャ信号
38 合致テクスチャ信号
39 合致テクスチャリスト信号
40 テクスチャ補正信号
41 テクスチャ画像補正信号
42 テクスチャ信号A
43 テクスチャ信号B
44 合成3次元座標・テクスチャ画像信号
100 物体
101 光源
102 格子
103 カメラ
104 点P
105 位相画像
106 カメラA(光パターンA)計測の物体
107 カメラB(光パターンB)計測の物体
108 カメラA(光パターンA)計測の半物体
109 カメラB(光パターンB)計測の半物体
110 最終合成物体
111 段差
112 点P
113 点P1
114 点P2
115 点P3
116 画像A(光パターンA)
117 画像B(光パターンA)
118 画像A(光パターンA)上の物体
119 画像B(光パターンA)上の物体
120 視線方向A
121 視線方向B
122 視線方向C
124 探索小領域
125 点P'2
201 光投射器A
202 光投射器B
203 カメラA
204 カメラB
205 光投射器・カメラ制御手段
206 画像記憶手段A−A
207 画像記憶手段A−B
208 画像記憶手段B−A
209 画像記憶手段B−B
210 位相計算手段
211 位相記憶手段A−A
212 位相記憶手段A−B
213 位相記憶手段B−A
214 位相記憶手段B−B
215 絶対位相決定手段A−A/B−A
216 絶対位相決定手段A−B/B−B
217 絶対位相値変換手段
218 3次元座標値変換手段
219 3次元座標値記憶手段A−A
220 3次元座標値記憶手段B−B
221 3次元座標値合成手段
222 カメラB'
223 光投射器A/カメラA相対位置記憶手段
224 光投射器B/カメラB相対位置記憶手段
225 カメラA/B相対位置記憶手段
226 対応画素算出手段
227 合致画素算出手段
228 合致座標記憶手段
229 補正量算出手段
230 3次元形状補正手段
232 対応画素算出手段
233 合致画素算出手段
234 合致テクスチャ記憶手段
235 補正量算出手段
236 テクスチャ補正手段
237 3次元座標・テクスチャ画像合成手段
238 テクスチャ画像記憶手段A
239 テクスチャ画像記憶手段B
301,303 3次元形状計測装置
302 3次元形状補正手段
304 テクスチャデータ補正手段
311,313 3次元形状計測プログラム
Claims (27)
- 光パターンが投影された計測物体を第1の位置・方向より撮影した画像に基づいて第1の3次元形状を計測する工程と、
前記計測物体を第2の位置・方向より撮影した画像に基づいて第2の3次元形状を計測する工程と、
前記光パターン上の点の前記第1の3次元形状上における位置と前記第2の3次元形状上のおける位置とのずれを小さくするように前記第2の3次元形状を修正する工程と、
前記第1の3次元形状と前記修正された第2の3次元形状とを合成する工程と、
を含み、
前記第2の3次元形状を修正する工程において、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上のある画素における3次元座標点に着目し、該点が対応する前記第2の位置・方向から撮影した画像上の画素位置を求める工程と、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上の着目画素の光パターンと前記第2の位置・方向から撮影した画素位置を基準とした部分画像上における光パターンとを随時比較して最も合致する画素位置を求める工程と、
前記第1の位置・方向から計測された着目3次元座標位置と前記合致する画素位置における前記第2の位置・方向から計測された3次元座標位置とを対にして保持する工程と、
前記3つの工程を繰り返して対応リストを生成する工程と、
得られた対応リストの間の差違が最も小さくなるように前記第2の3次元形状を修正する工程と、
を含む計測方法。 - 光パターンが投影された計測物体を第1の位置・方向より撮影した画像に基づいて第1のテクスチャデータを計測する工程と、
前記計測物体を第2の位置・方向より撮影した画像に基づいて第2のテクスチャデータを計測する工程と、
前記光パターン上の点の前記第1のテクスチャデータ上における位置と前記第2のテクスチャデータ上のおける位置とのずれを小さくするように前記第2のテクスチャデータを修正する工程と、
前記第1のテクスチャデータと前記修正された第2のテクスチャデータとを合成する工程と、
を含み、
前記第2のテクスチャデータを修正する工程において、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上のある画素における3次元座標点に着目し、該点が対応する前記第2の位置・方向から撮影した画像上の画素位置を求める工程と、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上の着目画素の光パターンと前記第2の位置・方向から撮影した画素位置を基準とした部分画像上における光パターンとを随時比較し、最も合致する画素位置を求める工程と、
前記第1の位置・方向から撮影された着目画素のテクスチャデータと前記合致する画素位置における前記第2の位置・方向から撮影された着目画素のテクスチャデータとを対にして保持する工程と、
前記3つの工程を繰り返して対応リストを生成する工程と、
得られた対応リストの間の差違が最も小さくなるように前記第2のテクスチャデータを修正する工程と、
を含む計測方法。 - 光パターンが投影された計測物体を第1の位置・方向より撮影した画像に基づいて第1の3次元形状を計測する工程と、
前記計測物体を第2の位置・方向より撮影した画像に基づいて第2の3次元形状を計測する工程と、
前記光パターン上の点の前記第1の3次元形状上における位置と前記第2の3次元形状上のおける位置とのずれを小さくするように前記第2の3次元形状を修正する工程と、
光パターンが投影された計測物体を第1の位置・方向より撮影した画像に基づいて第1のテクスチャデータを計測する工程と、
前記第1の3次元形状と前記修正された第2の3次元形状とを合成する工程と
前記光パターンが投影された計測物体を第1の位置・方向より撮影した画像に基づいて第1のテクスチャデータを計測する工程と、
前記計測物体を第2の位置・方向より撮影した画像に基づいて第2のテクスチャデータを計測する工程と、
前記光パターン上の点の前記第1のテクスチャデータ上における位置と前記第2のテクスチャデータ上のおける位置とのずれを小さくするように前記第2のテクスチャデータを修正する工程と、
前記第1のテクスチャデータと前記修正された第2のテクスチャデータとを合成する工程と、
前記合成された3次元形状と前記合成されたテクスチャデータとを合成する工程と、
を含み、
前記第2の3次元形状の位置・方向を修正する工程において、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上のある画素における3次元座標点に着目し、該点が対応する前記第2の位置・方向から撮影した画像上の画素位置を求める工程と、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上の着目画素の光パターンと前記第2の位置・方向から撮影した画素位置を基準とした部分画像上における光パターンとを随時比較して最も合致する画素位置を求める工程と、
前記第1の位置・方向から計測された着目3次元座標位置と前記合致する画素位置における前記第2の位置・方向から計測された3次元座標位置とを対にして保持する工程と、
前記3つの工程を繰り返して対応リストを生成する工程と、
得られた対応リストの間の差違が最も小さくなるように前記第2の3次元形状の位置・方向を修正する工程とを含み、
前記第2のテクスチャデータを修正する工程において、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上のある画素における3次元座標点に着目し、該点が対応する前記第2の位置・方向から撮影した画像上の画素位置を求める工程と、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上の着目画素の光パターンと前記第2の位置・方向から撮影した画素位置を基準とした部分画像上における光パターンとを随時比較し、最も合致する画素位置を求める工程と、
前記第1の位置・方向から撮影された着目画素のテクスチャデータと前記合致する画素位置における前記第2の位置・方向から撮影された着目画素のテクスチャデータとを対にして保持する工程と、
前記3つの工程を繰り返して対応リストを生成する工程と、
得られた対応リストの間の差違が最も小さくなるように前記第2のテクスチャデータを修正する工程と、
を含む計測方法。 - 2つ以上の位置よりそれぞれ光パターンを投影することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の計測方法。
- 3つ以上の位置・方向より画像の撮影を行うことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の計測方法。
- 投影する光パターンの空間的な強度分布が正弦波状をなしていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の計測方法。
- 投影する正弦波状の光パターンの位相をシフトしながら複数回撮影した後に画素毎に位相値を求めた画像を対応点の決定に用いることを特徴とする請求項6記載の計測方法。
- 投影する光パターンの空間的な強度分布が三角波状をなしていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の計測方法。
- 投影する三角波状の光パターンの位相をシフトしながら複数回撮影した後に画素毎に位相値を求めた画像を対応点の決定に用いることを特徴とする請求項8記載の計測方法。
- 光パターンが投影された計測物体を第1の位置・方向より撮影した画像に基づいて第1の3次元形状を計測する手段と、
前記計測物体を第2の位置・方向より撮影した画像に基づいて第2の3次元形状を計測する手段と、
前記光パターン上の点の前記第1の3次元形状上における位置と前記第2の3次元形状上のおける位置とのずれを小さくするように前記第2の3次元形状を修正する手段と、
前記第1の3次元形状と前記修正された第2の3次元形状とを合成する手段と、
を含み、
前記第2の3次元形状を修正する手段において、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上のある画素における3次元座標点に着目し、該点が対応する前記第2の位置・方向から撮影した画像上の画素位置を求める手段と、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上の着目画素の光パターンと前記第2の位置・方向から撮影した画素位置を基準とした部分画像上における光パターンとを随時比較して最も合致する画素位置を求める手段と、
前記第1の位置・方向から計測された着目3次元座標位置と前記合致する画素位置における前記第2の位置・方向から計測された3次元座標位置とを対にして保持する手段と、
前記3つの手段に基づいて対応リストを生成する手段と、
得られた対応リストの間の差違が最も小さくなるように前記第2の3次元形状を修正する手段と、
を含む計測装置。 - 光パターンが投影された計測物体を第1の位置・方向より撮影した画像に基づいて第1のテクスチャデータを計測する手段と、
前記計測物体を第2の位置・方向より撮影した画像に基づいて第2のテクスチャデータを計測する手段と、
前記光パターン上の点の前記第1のテクスチャデータ上における位置と前記第2のテクスチャデータ上のおける位置とのずれを小さくするように前記第2のテクスチャデータを修正する手段と、
前記第1のテクスチャデータと前記修正された第2のテクスチャデータとを合成する手段と、
を含み、
前記第2のテクスチャデータを修正する手段において、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上のある画素における3次元座標点に着目し、該点が対応する前記第2の位置・方向から撮影した画像上の画素位置を求める手段と、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上の着目画素の光パターンと前記第2の位置・方向から撮影した画素位置を基準とした部分画像上における光パターンとを随時比較し、最も合致する画素位置を求める手段と、
前記第1の位置・方向から撮影された着目画素のテクスチャデータと前記合致する画素位置における前記第2の位置・方向から撮影された着目画素のテクスチャデータとを対にして保持する手段と、
前記3つの手段に基づいて対応リストを生成する手段と、
得られた対応リストの間の差違が最も小さくなるように前記第2のテクスチャデータを修正する手段と、
を含む計測装置。 - 光パターンが投影された計測物体を第1の位置・方向より撮影した画像に基づいて第1の3次元形状を計測する手段と、
前記計測物体を第2の位置・方向より撮影した画像に基づいて第2の3次元形状を計測する手段と、
前記光パターン上の点の前記第1の3次元形状上における位置と前記第2の3次元形状上のおける位置とのずれを小さくするように前記第2の3次元形状を修正する手段と、
光パターンが投影された計測物体を第1の位置・方向より撮影した画像に基づいて第1のテクスチャデータを計測する手段と、
前記第1の3次元形状と前記修正された第2の3次元形状とを合成する手段と
前記光パターンが投影された計測物体を第1の位置・方向より撮影した画像に基づいて第1のテクスチャデータを計測する手段と、
前記計測物体を第2の位置・方向より撮影した画像に基づいて第2のテクスチャデータを計測する手段と、
前記光パターン上の点の前記第1のテクスチャデータ上における位置と前記第2のテクスチャデータ上のおける位置とのずれを小さくするように前記第2のテクスチャデータを修正する手段と、
前記第1のテクスチャデータと前記修正された第2のテクスチャデータとを合成する手段と、
前記合成された3次元形状と前記合成されたテクスチャデータとを合成する手段と、
を含み、
前記第2の3次元形状の位置・方向を修正する手段において、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上のある画素における3次元座標点に着目し、該点が対応する前記第2の位置・方向から撮影した画像上の画素位置を求める手段と、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上の着目画素の光パターンと前記第2の位置・方向から撮影した画素位置を基準とした部分画像上における光パターンとを随時比較して最も合致する画素位置を求める手段と、
前記第1の位置・方向から計測された着目3次元座標位置と前記合致する画素位置における前記第2の位置・方向から計測された3次元座標位置とを対にして保持する手段と、
前記3つの手段に基づいて対応リストを生成する手段と、
得られた対応リストの間の差違が最も小さくなるように前記第2の3次元形状の位置・方向を修正する手段と、
を含み、
前記第2のテクスチャデータを修正する手段において、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上のある画素における3次元座標点に着目し、該点が対応する前記第2の位置・方向から撮影した画像上の画素位置を求める手段と、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上の着目画素の光パターンと前記第2の位置・方向から撮影した画素位置を基準とした部分画像上における光パターンとを随時比較し、最も合致する画素位置を求める手段と、
前記第1の位置・方向から撮影された着目画素のテクスチャデータと前記合致する画素位置における前記第2の位置・方向から撮影された着目画素のテクスチャデータとを対にして保持する手段と、
前記3つの手段に基づいて対応リストを生成する手段と、
得られた対応リストの間の差違が最も小さくなるように前記第2のテクスチャデータを修正する手段と、
を含む計測装置。 - 2つ以上の位置よりそれぞれ光パターンを投影することを特徴とする請求項10ないし請求項12のいずれかに記載の計測装置。
- 3つ以上の位置・方向より画像の撮影を行うことを特徴とする請求項10ないし請求項13のいずれかに記載の計測装置。
- 投影する光パターンの空間的な強度分布が正弦波状をなしていることを特徴とする請求項10ないし請求項14のいずれかに記載の計測装置。
- 投影する正弦波状の光パターンの位相をシフトしながら複数回撮影した後に画素毎に位相値を求めた画像を対応点の決定に用いることを特徴とする請求項15記載の計測装置。
- 投影する光パターンの空間的な強度分布が三角波状をなしていることを特徴とする請求項10ないし請求項14のいずれかに記載の計測装置。
- 投影する三角波状の光パターンの位相をシフトしながら複数回撮影した後に画素毎に位相値を求めた画像を対応点の決定に用いることを特徴とする請求項17記載の計測装置。
- コンピュータに、
光パターンが投影された計測物体を第1の位置・方向より撮影した画像に基づいて第1の3次元形状を計測する処理と、
前記計測物体を第2の位置・方向より撮影した画像に基づいて第2の3次元形状を計測する処理と、
前記光パターン上の点の前記第1の3次元形状上における位置と前記第2の3次元形状上のおける位置とのずれを小さくするように前記第2の3次元形状を修正する処理と、
前記第1の3次元形状と前記修正された第2の3次元形状とを合成する処理と、
を実行させ、
前記第2の3次元形状を修正する処理において、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上のある画素における3次元座標点に着目し、該点が対応する前記第2の位置・方向から撮影した画像上の画素位置を求める処理と、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上の着目画素の光パターンと前記第2の位置・方向から撮影した画素位置を基準とした部分画像上における光パターンとを随時比較して最も合致する画素位置を求める処理と、
前記第1の位置・方向から計測された着目3次元座標位置と前記合致する画素位置における前記第2の位置・方向から計測された3次元座標位置とを対にして保持する処理と、
前記3つの処理を繰り返して対応リストを生成する処理と、
得られた対応リストの間の差違が最も小さくなるように前記第2の3次元形状を修正する処理と、
を実行させるプログラム。 - コンピュータに、
光パターンが投影された計測物体を第1の位置・方向より撮影した画像に基づいて第1のテクスチャデータを計測する処理と、
前記計測物体を第2の位置・方向より撮影した画像に基づいて第2のテクスチャデータを計測する処理と、
前記光パターン上の点の前記第1のテクスチャデータ上における位置と前記第2のテクスチャデータ上のおける位置とのずれを小さくするように前記第2のテクスチャデータを修正する処理と、
前記第1のテクスチャデータと前記修正された第2のテクスチャデータとを合成する処理と、
を実行させ、
前記第2のテクスチャデータを修正する処理において、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上のある画素における3次元座標点に着目し、該点が対応する前記第2の位置・方向から撮影した画像上の画素位置を求める処理と、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上の着目画素の光パターンと前記第2の位置・方向から撮影した画素位置を基準とした部分画像上における光パターンとを随時比較し、最も合致する画素位置を求める処理と、
前記第1の位置・方向から撮影された着目画素のテクスチャデータと前記合致する画素位置における前記第2の位置・方向から撮影された着目画素のテクスチャデータとを対にして保持する処理と、
前記3つの処理を繰り返して対応リストを生成する処理と、
得られた対応リストの間の差違が最も小さくなるように前記第2のテクスチャデータを修正する処理と、
を実行させるプログラム。 - コンピュータに、
光パターンが投影された計測物体を第1の位置・方向より撮影した画像に基づいて第1の3次元形状を計測する処理と、
前記計測物体を第2の位置・方向より撮影した画像に基づいて第2の3次元形状を計測する処理と、
前記光パターン上の点の前記第1の3次元形状上における位置と前記第2の3次元形状上のおける位置とのずれを小さくするように前記第2の3次元形状を修正する処理と、
光パターンが投影された計測物体を第1の位置・方向より撮影した画像に基づいて第1のテクスチャデータを計測する処理と、
前記第1の3次元形状と前記修正された第2の3次元形状とを合成する処理と、
前記光パターンが投影された計測物体を第1の位置・方向より撮影した画像に基づいて第1のテクスチャデータを計測する処理と、
前記計測物体を第2の位置・方向より撮影した画像に基づいて第2のテクスチャデータを計測する処理と、
前記光パターン上の点の前記第1のテクスチャデータ上における位置と前記第2のテクスチャデータ上のおける位置とのずれを小さくするように前記第2のテクスチャデータを修正する処理と、
前記第1のテクスチャデータと前記修正された第2のテクスチャデータとを合成する処理と
前記合成された3次元形状と前記合成されたテクスチャデータとを合成する処理と、
を実行させ、
前記第2の3次元形状の位置・方向を修正する処理において、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上のある画素における3次元座標点に着目し、該点が対応する前記第2の位置・方向から撮影した画像上の画素位置を求める処理と、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上の着目画素の光パターンと前記第2の位置・方向から撮影した画素位置を基準とした部分画像上における光パターンとを随時比較して最も合致する画素位置を求める処理と、
前記第1の位置・方向から計測された着目3次元座標位置と前記合致する画素位置における前記第2の位置・方向から計測された3次元座標位置とを対にして保持する処理と、
前記3つの処理を繰り返して対応リストを生成する処理と、
得られた対応リストの間の差違が最も小さくなるように前記第2の3次元形状の位置・方向を修正する処理と、
を実行させ、
前記第2のテクスチャデータを修正する処理において、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上のある画素における3次元座標点に着目し、該点が対応する前記第2の位置・方向から撮影した画像上の画素位置を求める処理と、
前記第1の位置・方向から撮影した画像上の着目画素の光パターンと前記第2の位置・方向から撮影した画素位置を基準とした部分画像上における光パターンとを随時比較し、最も合致する画素位置を求める処理と、
前記第1の位置・方向から撮影された着目画素のテクスチャデータと前記合致する画素位置における前記第2の位置・方向から撮影された着目画素のテクスチャデータとを対にして保持する処理と、
前記3つの処理を繰り返して対応リストを生成する処理と、
得られた対応リストの間の差違が最も小さくなるように前記第2のテクスチャデータを修正する処理と、
を実行させるプログラム。 - 2つ以上の位置よりそれぞれ光パターンを投影することを特徴とする請求項19ないし請求項21のいずれかに記載のプログラム。
- 3つ以上の位置・方向より画像の撮影を行うことを特徴とする請求項19ないし請求項22のいずれかに記載のプログラム。
- 投影する光パターンの空間的な強度分布が正弦波状をなしていることを特徴とする請求項19ないし請求項23のいずれかに記載のプログラム。
- 投影する正弦波状の光パターンの位相をシフトしながら複数回撮影した後に画素毎に位相値を求めた画像を対応点の決定に用いることを特徴とする請求項24記載のプログラム。
- 投影する光パターンの空間的な強度分布が三角波状をなしていることを特徴とする請求項19ないし請求項23のいずれかに記載のプログラム。
- 投影する三角波状の光パターンの位相をシフトしながら複数回撮影した後に画素毎に位相値を求めた画像を対応点の決定に用いることを特徴とする請求項26記載のプログラム。
Priority Applications (1)
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JP2007213539A JP4985213B2 (ja) | 2007-08-20 | 2007-08-20 | 3次元形状計測方法および装置ならびにプログラム |
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