JP6319395B2 - 3次元測定装置および3次元測定方法 - Google Patents
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Description
ィブを含むウィンドウ(たとえば、2×3のプリミティブからなる)は、当該ウィンドウに含まれる複数のプリミティブによって特定できる。したがって、撮影画像からプリミティブの並びを検出することで、3次元位置を算出可能である。
が生じない限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。
図1(A)は、本実施形態において投影されるパターン光全体の一例を示す図である。縦方向に周期性を持つこと、2回対称の図形となっていることが示されている。
次に、本実施形態におけるパターン光の符号化方式について説明する。本実施形態におけるパターン光は、2次元符号化パターンを有する。具体的には、明暗2値からなる有限
種類の「プリミティブ」(基本パターン)を2次元的に所定数個並べた「ワード」によって1つの符号語を構成する。2次元符号化パターンは複数種類の「ワード」を有し、各種類の「ワード」はそれぞれが異なる2次元構造を有し互いに区別可能である。
本実施形態では、パターン光として2回対称なパターンを採用する。ここで、パターンの設計方法について図5(A),5(B)を参照して説明する。
「0000」
ワード単位の列で考えて、左からk列(ワード列)目のワードが、右からk列(ワード列)目のワードを180°回転させたものと等しいという条件が満たされることは、上記の設計方法から明らかであろう。
上記とは異なる別のパターンの設計方法について図6(A),6(B)を参照して説明する。本例では、図6(A)に示すように、まずパターン60の内の上半分の領域(上部領域)62のパターンを決定する。上部領域62において各列は同一の要素パターンを配置して構成される。上部領域62の全ての列について要素パターン(64,65等)を決定し、それを列方向に繰り返すことで上部領域62のパターンが決定できる。
上記では詳しく述べなかったが、要素パターンの境界を含むワードが有効なワードとなるように、それぞれの要素パターンを設計することが望ましい。すなわち、要素パターンを列方向に並べる際の境界部分が有効なワードとなるように各列の要素パターンを決定することが望ましい。また、隣接する2列の要素パターンの境界部分も有効なワードとなるように各列の要素パターンを決定することが望ましい。さらに、上記の第2の方法においては、上部領域62と下部領域63の境界部分も有効なワードとなるように各列の要素パターンを決定することが望ましい。なお、有効であるとは、例えば、パターン中で互いに異なる、隣接列のワードを含めたワードの組合せが互いに異なる、ことを意味する。
1.最初に一番左に来るワードを1つ配置する。
2.その右隣に「プリミティブ」を1列追加する
3.行全体で同じワードがないか確認する。もし同じものがあれば別のプリミティブで2をやり直す。
4.2および3を繰り返す。右端にたどり着いたら終了。
図7は、本実施形態に係る3次元測定システム1の構成を示す図である。3次元測定シ
ステムは、投影部(プロジェクタ)100、撮影部(カメラ)200、およびコンピュータ300から構成される。
PGA(Field Programmable Gate Array)やDSP(Digital Signal Processor)など
を用いて実現しても構わない。また、コンピュータ300は、必ずしも1台の装置として構成される必要はなく、複数のコンピュータが協働することによって、その機能を提供してもよい。
リに記憶する。
図8を参照して、本実施形態に係る3次元測定システム1が行う処理内容を説明する。ステップS10において、制御部301は投影部100を制御して、パターン光を測定対象物へ投影する。ステップS12において、制御部301は撮影部200を制御して、パターン光が投影された測定対象物の画像を撮影し、画像入力部302から撮影画像を取り込む。
本実施形態によれば、ワンショットでのアクティブ3次元測量が可能である。したがって、TOF方式と比べて、高精度(特に近距離において)、広い視野、安価なコストという利点がある。さらにパターン光が2回対称なパターンであるため、マスクを用いて投影装置を実現する以外に、回折光学素子(DOE)を用いて投影装置を実現することができ、投影装置の構成の柔軟性が増す。2回対称のパターンを投影するためには、回折光学素子として、特にバイナリ回折光学素子を用いることが可能である。バイナリ回折光学素子は設計が容易であるとともに安価に製造することが可能であるので、本発明の実施において適している。
上記の実施形態および変形例の説明は、本発明の実施形態を説明するための例示に過ぎず、本発明をその開示の範囲に限定する趣旨のものではない。また、上記の実施形態および各変形例において説明した要素技術は、それぞれ技術的に矛盾しない範囲で組み合わせ
て本発明を実施することができる。
100:投影部(プロジェクタ) 101:レーザー光源 102:回折光学素子(DOE) 103:レンズ
200:撮影部(カメラ)
300:コンピュータ 301:制御部 302:画像入力部 303:3次元位置算出部 304:パターン記憶部
Claims (14)
- 測定対象物の3次元形状を測定する3次元測定装置であって、
それぞれが異なる2次元構造を有し互いに区別可能な複数の種類のワードが2次元に配置された2次元符号化パターンを有するパターン光を前記測定対象物に投影する投影手段と、
前記パターン光が投影された前記測定対象物を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された画像からワードを抽出し、抽出されたワードに基づいて当該画像の対象画素の3次元位置を算出する算出手段と、
を備え、
前記2次元符号化パターンは2回対称であって、前記2次元符号化パターンにおいて、1種類のワードは1つの行の中で1回だけ現れ、抽出されたワードによって列が特定可能である、
3次元測定装置。 - 測定対象物の3次元形状を測定する3次元測定装置であって、
それぞれが異なる2次元構造を有し互いに区別可能な複数の種類のワードが2次元に配置された2次元符号化パターンを有するパターン光を前記測定対象物に投影する投影手段と、
前記パターン光が投影された前記測定対象物を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された画像からワードを抽出し、抽出されたワードに基づいて当該画像の対象画素の3次元位置を算出する算出手段と、
を備え、
前記2次元符号化パターンは2回対称であって、前記2次元符号化パターンにおいて、1種類のワードが1つの行の中で複数の位置に現れる場合、当該ワードに隣接するワードの組合せはそれぞれ位置で異なり、抽出されたワードとそれに隣接するワードの組み合わせから列が特定可能である、
3次元測定装置。 - 前記2次元符号化パターンは、列ごとに列方向に所定のワードが繰り返されたパターン
であり、
一端からk列目のワードは、他端からk列目のワードを180°回転させたものと等しい、
請求項1または2に記載の3次元測定装置。 - 前記2次元符号化パターンの上半分は、列方向に所定のワードが繰り返され、
前記2次元符号化パターンの下半分は前記上半分のパターンを180°回転させたものと等しい、
請求項1または2に記載の3次元測定装置。 - 測定対象物の3次元形状を測定する3次元測定装置であって、
それぞれが異なる2次元構造を有し互いに区別可能な複数の種類のワードが2次元に配置された2次元符号化パターンを有するパターン光を前記測定対象物に投影する投影手段と、
前記パターン光が投影された前記測定対象物を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された画像からワードを抽出し、抽出されたワードに基づいて当該画像の対象画素の3次元位置を算出する算出手段と、
を備え、
前記2次元符号化パターンは、2回対称であって、前記2次元符号化パターンの上半分は列方向に所定のワードが繰り返され、前記2次元符号化パターンの下半分は前記上半分のパターンを180°回転させたものと等しい、
3次元測定装置。 - 前記複数の種類のワードはいずれも、180゜回転させたときに前記複数の種類のワードのいずれかと等しい、
請求項1から5のいずれか1項に記載の3次元測定装置。 - 前記算出手段は、撮影画像中から抽出されたワードについて、撮影画像中での位置から定まる空間中の直線と、当該ワードにより特定される前記2次元符号化パターンでの列から定まる空間中の平面と、の交点として、前記3次元位置を算出する、
請求項1から6のいずれか1項に記載の3次元測定装置。 - 前記算出手段は、前記画像中において前記対象画素および前記対象画素の周辺画素を用いて前記対象画素が含まれるワードを特定し、当該ワードに基づき前記対象画素の3次元位置を算出する、
請求項7に記載の3次元測定装置。 - 前記算出手段は、撮影画像中から抽出されたワードについて、撮影画像中での位置から定まる空間中の直線と、当該ワードにより特定される前記2次元符号化パターンでの列とエピポーラ線との交点から定まる空間中の直線と、の交点として、前記3次元位置を算出する、
請求項1から6のいずれか1項に記載の3次元測定装置。 - 前記投影手段は、回折光学素子(DOE)によって前記パターン光を生成する、
請求項1から9のいずれか1項に記載の3次元測定装置。 - 前記回折光学素子はバイナリ回折光学素子である、
請求項10に記載の3次元測定装置。 - 測定対象物の3次元形状を測定する3次元測定方法であって、
それぞれが異なる2次元構造を有し互いに区別可能な複数の種類のワードが2次元に配置された2次元符号化パターンを有するパターン光を前記測定対象物に投影する投影ステップと、
前記パターン光が投影された前記測定対象物を撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップにおいて撮像された画像からワードを抽出し、抽出されたワードに基づいて当該画像の対象画素の3次元位置を算出する算出ステップと、
を含み、
前記2次元符号化パターンは、2回対称であって、前記2次元符号化パターンにおいて、1種類のワードは1つの行の中で1回だけ現れ、抽出されたワードによって列が特定可能である、
3次元測定方法。 - 測定対象物の3次元形状を測定する3次元測定方法であって、
それぞれが異なる2次元構造を有し互いに区別可能な複数の種類のワードが2次元に配置された2次元符号化パターンを有するパターン光を前記測定対象物に投影する投影ステップと、
前記パターン光が投影された前記測定対象物を撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップにおいて撮像された画像からワードを抽出し、抽出されたワードに基づいて当該画像の対象画素の3次元位置を算出する算出ステップと、
を含み、
前記2次元符号化パターンは、2回対称であって、前記2次元符号化パターンにおいて、1種類のワードが1つの行の中で複数の位置に現れる場合、当該ワードに隣接するワードの組合せはそれぞれ位置で異なり、抽出されたワードとそれに隣接するワードの組み合わせから列が特定可能である、
3次元測定方法。 - 測定対象物の3次元形状を測定する3次元測定方法であって、
それぞれが異なる2次元構造を有し互いに区別可能な複数の種類のワードが2次元に配置された2次元符号化パターンを有するパターン光を前記測定対象物に投影する投影ステップと、
前記パターン光が投影された前記測定対象物を撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップにおいて撮像された画像からワードを抽出し、抽出されたワードに基づいて当該画像の対象画素の3次元位置を算出する算出ステップと、
を含み、
前記2次元符号化パターンは、2回対称であって、前記2次元符号化パターンの上半分は列方向に所定のワードが繰り返され、前記2次元符号化パターンの下半分は前記上半分のパターンを180°回転させたものと等しい、
3次元測定方法。
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