JP5583761B2 - 動的基準フレームを用いた3次元表面検出方法及び装置 - Google Patents
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Description
投影装置及びカメラを有して、3次元データを単一回の露光から生成するよう構成した光センサを設けるステップと、
センサと3次元対象物とを相対移動させるステップと、
投影装置により3次元対象物にパターンを投影し、また投影されたパターンの少なくとも部分的にオーバーラップした一連の画像をカメラで記録するステップと、
一連の3Dデータセットを記録画像から求めるステップと、
連続して得た3Dデータセット間の位置合わせを行い、3次元対象物の表面形状を求めるステップと、
を有する。
記録するステップの直後にカメラが記録した第1の画像から第1の3Dデータセットを求めるステップと、
続いてさらに別のパターンを投影装置で投影し、第2の画像をカメラで記録し、第2の3Dデータセットをカメラが記録した第2の画像から即座に求めるステップと、
第1の3Dデータと第2の3Dデータとの間で位置合わせを行うステップと、
続いてさらに他の画像を記録し、さらに他の3Dデータを求め、さらに他の3Dデータセットと前回取得した3Dデータセット又は複数若しくは全部の以前に取得した3Dデータセットとの間で位置合わせを行うステップと、
センサ及び対象物を相対移動させながら、3次元対象物の表面形状をリアルタイムで求めるステップと、
をさらに含む。
センサを対象物の周りの適当な経路に沿って移動させて複数回の露光を取得することにより、運動速度及びフレームレートを調整して隣接するピクチャが大幅にオーバーラップするようにするステップと、
対象物に関する一連の疎3Dデータを露光から計算するステップと、
3Dデータセットのそれぞれを以前に取得した3Dデータセットと位置合わせし、対象物のほぼ完全な3Dデータセットを得るステップと、
ユーザーに対象物の表面における未カバー領域をカバーするよう促すために、3Dデータの表現をユーザーにリアルタイムで表示するステップと、
を含む。
光源及び光学パターンを3次元対象物の表面に投影するための光学系を有し、また光軸を有する投影装置と、
3次元対象物の表面に投影した光学パターンの画像を記録するデジタルカメラであり、所与の光軸を有するデジタルカメラと、
を備え、デジタルカメラの光軸及び投影装置の光軸は、所与の角度を囲んで三角測量面を画定するものとし、前記センサは、また
投影装置及びデジタルカメラに接続してこれらを同期させ、対象物の表面に順次投影した光学パターンの一連の互いにオーバーラップした画像をカメラに記録させる制御ユニットと、
を備えるセンサも提供する。
a)大きな被写界深度、
b)低い空間コヒーレンス、
c)最適な輝度、及び
d)最適な測定不確実性
が得られるように最適化する。
z=Kz(i,j,h)
であり、式中、i及びjは、カメラCCDチップのピクセル座標を指し、h=h(i,j)は、未較正の高さ値であり、KZは、求める必要がある較正関数である。この目的のため、平面状の背景に投影したラインパターンそれぞれのN個のカメラ画像は、測定体積の前方で1つの画像を撮影することにより取得し、次に平面を固定のΔzオフセットだけずらし、第2の画像等を撮影し、測定深度の終点位置における画像を取得するまで行う。ピクセル対(i,j)に対し、測定体積にわたるz較正関数(3次多項式)を求める。
x=Kx(i,j,z),
y=Ky(i,j,z)
であり、式中、Kx及びKyは、x較正及びy較正それぞれの(非依存)較正関数を表す。この目的で、n×m個のマーカーから成る較正プレートのM個のカメラ画像を、再度測定体積にわたる固定のΔzオフセットだけ較正プレートを移動させることにより取得する。マーカーの位置を求め、観測した各マーカー位置をその対応の目標値にマッピングする較正関数(3次多項式)を計算する。
Claims (20)
- 3次元対象物の表面形状情報を取得する方法であって、
投影装置及びカメラを有して、3次元データを単一回の露光から生成するよう構成した光センサを設けるステップと、
前記センサと前記3次元対象物とを相対移動させるステップと、
前記投影装置により前記3次元対象物にパターンを投影し、また該投影されたパターンの少なくとも部分的にオーバーラップした一連の画像を前記カメラで記録するステップと、
一連の3Dデータセットを前記記録画像から求めるステップと、
前記センサの経路の再構成、リセクション、及び平滑補間曲線からの前記再構成センサ経路の偏差による位置合わせ誤差の発見により、位置合わせ誤差を低減及び補正して連続して得た3Dデータセット間の位置合わせを行い、前記3次元対象物の表面形状を求めるステップと、
を有する、方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記記録するステップの直後に第1の3Dデータセットを前記カメラが記録した第1の画像から求めるステップと、
続いてさらに別のパターンを前記投影装置で投影し、第2の画像を前記カメラで記録し、第2の3Dデータセットを前記カメラが記録した前記第2の画像から即座に求めるステップと、
前記第1の3Dデータと前記第2の3Dデータとの間で位置合わせを行うステップと、
続いてさらに他の画像を記録し、さらに他の3Dデータを求め、該さらに他の3Dデータセットと1つ又は複数の以前に取得した3Dデータセットとの間で位置合わせを行うステップと、
前記センサ及び前記対象物を相対移動させながら、前記3次元対象物の前記表面形状をリアルタイムで求めるステップと、
を含む、方法。 - 請求項1に記載の方法において、前記パターンは、所与の方向に延びる複数の第1のラインと、該第1のラインを横断する、異なる方向に延びる複数の第2のラインとを有する、方法。
- 請求項3に記載の方法において、前記パターンは、前記第1のラインで第1のパターンを投影して前記カメラで画像を記録し、続いて前記第2のラインで第2のパターンを投影して前記カメラで画像を記録し、前記第1のパターン及び前記第2のパターンの投影及び記録を交互に続行することにより形成するステップを含む、方法。
- 請求項4に記載の方法において、前記第1のライン及び前記第2のラインは、格子パターンの形状で互いに直交するものとした、方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記投影するステップ、前記記録するステップ、及び前記位置合わせを行うステップをオンザフライで継続して行い、前記対象物の前記表面形状を表すポイントクラウドを形成し、また前記表面形状をほぼリアルタイムで表示する、方法。
- 請求項1に記載の方法において、曖昧性及び誤データを回避するために疎3次元データを用いるステップを含む、方法。
- 請求項1に記載の方法において、
前記センサを前記対象物の周りの適当な経路に沿って移動させて複数回の露光を取得し、運動速度及びフレームレートを調整して隣接するピクチャが大幅にオーバーラップするようにするステップと、
前記対象物に関する一連の疎3Dデータを前記露光から計算するステップと、
前記3Dデータセットのそれぞれを以前に取得した3Dデータセットと位置合わせし、前記対象物のほぼ完全な3Dデータセットを得るステップと、
ユーザーに前記対象物の表面における未カバー領域をカバーするよう促すために、前記3Dデータの表現を前記ユーザーにリアルタイムで表示するステップと、
を含む、方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記投影するステップは、所与の方向に延びる複数の第1のラインよりなる水平ラインパターン、及び前記第1のラインを横断する、異なる方向に延びる複数の第2のラインよりなる垂直ラインパターンを投影し、そして交差点を画定するステップを含み、
前記位置合わせを行うステップは、一方を前記水平ラインパターンで生成し他方を前記垂直ラインパターンで生成した、互いに順次隣接する3Dデータセットを用いて、前記3Dデータセットの一方を該3Dデータセットの他方に対して、前記垂直ラインパターンと前記水平ラインパターンとの間の全交差点間の最小距離に達するまで反復して移動させるステップを含む、方法。 - 3次元対象物の表面形状情報を取得する方法であって、
投影装置及びカメラを有して、3次元データを単一回の露光から生成するよう構成した光センサを設けるステップと、
前記センサと前記3次元対象物とを相対移動させるステップと、
前記投影装置により前記3次元対象物にパターンを投影し、また該投影されたパターンの少なくとも部分的にオーバーラップした一連の画像を前記カメラで記録するステップと、
一連の3Dデータセットを前記記録画像から求めるステップと、
連続して得た3Dデータセット間の位置合わせを行い、前記3次元対象物の表面形状を求めるステップと、
を有し、更に、
投影及び露光期間を前記センサと前記対象物との間の相対速度に適合させて、得られた3次元データの動きぼけを回避するステップを含む、方法。 - 3次元対象物の表面形状情報を取得する方法であって、
投影装置及びカメラを有して、3次元データを単一回の露光から生成するよう構成した光センサを設けるステップと、
前記センサと前記3次元対象物とを相対移動させるステップと、
前記投影装置により前記3次元対象物にパターンを投影し、また該投影されたパターンの少なくとも部分的にオーバーラップした一連の画像を前記カメラで記録するステップと、
一連の3Dデータセットを前記記録画像から求めるステップと、
連続して得た3Dデータセット間の位置合わせを行い、前記3次元対象物の表面形状を求めるステップと、
を有し、更に、
対象物が前記センサの測定範囲を超えているか否かを、走査中の前記対象物の先験的知識を用いることにより判定して、誤3Dデータをアンラップにより補正するステップを含む、方法。 - 3次元対象物の表面を表すデータを取得するためのセンサであって、
光源及び光学パターンを前記3次元対象物の前記表面に投影するための光学系を有し、また光軸を有する投影装置と、
前記3次元対象物の前記表面に投影した前記光学パターンの画像を記録するデジタルカメラであり、所与の光軸を有するデジタルカメラと
を備え、前記デジタルカメラの前記光軸及び前記投影装置の前記光軸は、所与の角度を囲んで三角測量面を画定するものとし、前記センサは、また
前記投影装置及び前記デジタルカメラに接続してこれらを同期させ、前記対象物の前記表面に順次投影した前記光学パターンの一連の互いにオーバーラップした画像を前記カメラに記録させる制御ユニットと、
を備え、
前記制御ユニットは、前記デジタルカメラの経路の再構成、リセクション、及び平滑補間曲線からの前記再構成センサ経路の偏差による位置合わせ誤差の発見により、一連の互いにオーバーラップした画像の位置合わせ誤差を低減及び補正する位置合わせステップを行う、センサ。 - 請求項12に記載のセンサにおいて、前記デジタルカメラはモノクロカメラとした、センサ。
- 請求項12に記載のセンサにおいて、前記投影装置は2個のプロジェクタを備え、各プロジェクタはそれぞれ、光源、コンデンサ、パターンスライド、及び投影光学系を有し、また前記カメラの前記光軸に対して角度をなす光軸を画定し、前記光軸それぞれが三角測量面を画定するものとした、センサ。
- 請求項14に記載のセンサにおいて、前記2個のプロジェクタは互いに直交するパターンを投影し、前記カメラは前記2個のプロジェクタの前記投影パターンを交互に記録し、前記カメラ及び前記2個のプロジェクタそれぞれにより画定される前記三角測量面は互いに直交するものとした、センサ。
- 請求項12に記載のセンサにおいて、前記投影装置は、互いに異なるパターンを投影するよう構成した単独のプロジェクタを備え、前記カメラは、前記異なるパターンの投影を交互に記録する、センサ。
- 請求項12に記載のセンサにおいて、前記投影装置は、複数の第1のラインと、複数の交差点で該第1のラインを横断する複数の第2のラインとよりなる単一格子パターンを投影するよう構成した単独のプロジェクタを備える、センサ。
- 請求項12に記載のセンサにおいて、6自由度で移動して、複雑な表面の取得を可能にするハンドヘルドセンサとして構成した、センサ。
- 請求項12に記載のセンサにおいて、取得結果をほぼリアルタイムで表示する表示装置との接続を可能にする出力接続部を備える、センサ。
- 請求項12に記載のセンサにおいて、さらに、対象物又は該対象物の一部が該センサの測定範囲外にあるか否かを判定するよう配置したセンサ装置を備える、センサ。
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