JP6473206B2

JP6473206B2 - 三次元検出装置及び三次元検出方法

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Publication number: JP6473206B2
Application number: JP2017181691A
Authority: JP
Inventors: 李文宗; 温光溥; 林棟
Original assignee: テストリサーチ，インク．
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2019-02-20
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Description

本発明は、三次元検出装置及び三次元検出方法に関する。

近年、物体を三次元で検出する工程は、各種類の電子素子の製作工程における一部になる。例としては、電子基板の製造工程において、素子を基板に取り付けてリフロー工程を行った後、それぞれの素子の溶接状態を検出する。

従来の三次元物体（例えば、溶接状態）の検出方法において、検出者は、肉眼で三次元物体（例えば、溶接状態）を検出する。このため、検出者の都合及びスキルによって、この三次元物体（例えば、溶接状態）を使用する製品の品質は同一ではない。更に、複雑な電子基板（例えば、回路基板）を検出する場合、従来の方法では、長い検出時間を必要とするので、問題が発生し、その生産量が明らかに低下する。

本発明の例示的な実施形態によれば、第１及び第２三次元位置情報で物体の外観を再建する。第１及び第２三次元位置情報は、そのうちの１つの画像を共用できる２対の画像をそれぞれ計算することで取得される。又は、第１及び第２三次元位置情報は、複数の互いに異なる画像における２対の画像によって取得される。この設置により、物体の検出精度を向上させることができる。

本発明の一部の実施形態によれば、三次元検出装置は、物体を支持するための載置台と、互いに平行ではない第１軸方向、第２軸方向及び第３軸方向に沿って物体の第１画像、第２画像及び第３画像をそれぞれ取得するための画像検知ユニットと、第１三次元位置情報を取得するために第１画像及び第２画像を分析すると共に、第２三次元位置情報を取得するために第３画像と第２軸方向及び第３軸方向に平行ではない所定軸方向に沿って取得される物体の所定画像を分析するための情報処理コントローラと、を含む。

一部の実施形態において、画像検知ユニットは、第１軸方向、第２軸方向及び第３軸方向にそれぞれ設置された、第１画像、第２画像及び第３画像を取得するための複数の画像センサーを含む。

一部の実施形態において、画像検知ユニットは、第１軸方向に設置されて第１画像を取得するための静止画像センサーと、第２画像と第３画像を取得するために第２軸方向から第３軸方向まで回転するための移動可能な画像センサーと、を含む。

一部の実施形態において、所定画像は第１画像であり、第１軸方向は前記載置台の上面に垂直である。

一部の実施形態において、所定画像は第１画像であり、第３軸方向は第１軸方向と第２軸方向により形成された第１平面に位置する。

一部の実施形態において、所定画像は第１画像であり、第３軸方向は第１軸方向と第２軸方向により形成された第１平面に位置しない。

一部の実施形態において、画像検知ユニットは、更に、第１軸方向、第２軸方向及び第３軸方向に平行ではない第４軸方向に沿って物体の第４画像を取得することに用いられ、情報処理コントローラは、更に、第３三次元位置情報を取得するために第１画像と第４画像を分析することに用いられ、第３軸方向と第４軸方向はそれぞれ第１平面の反対する両側へ延伸する。

一部の実施形態において、画像検知ユニットは、更に、第１軸方向、第２軸方向、第３軸方向及び第４軸方向に平行ではない第５軸方向に沿って物体の第５画像を取得することに用いられ、情報処理コントローラは、更に、第４三次元位置情報を取得するために第１画像と第５画像を分析することに用いられ、第３軸方向と第４軸方向は、第２平面を形成し、第２軸方向と第５軸方向はそれぞれ第２平面の反対する両側へ延伸する。

一部の実施形態において、画像検知ユニットは、第１軸方向、第２軸方向、第３軸方向及び第４軸方向にそれぞれ設置された、第１画像、第２画像、第３画像及び第４画像を取得するための複数の画像センサーを含む。

一部の実施形態において、画像検知ユニットは、第１軸方向に設置され且つ第１画像を取得するための静止画像センサーと、第２軸方向、第３軸方向及び第４軸方向の少なくとも１つに沿って、第２画像、第３画像及び第４画像の少なくとも１つを取得するための移動可能な画像センサーと、を含む。

一部の実施形態において、画像検知ユニットは、更に、第４軸方向に沿って物体の所定画像としての第４画像を取得することに用いる。

一部の実施形態において、画像検知ユニットは、第１軸方向、第２軸方向、第３軸方向及び第４軸方向にそれぞれ設置された、それぞれ第１画像、第２画像、第３画像及び第４画像を取得するための複数の画像センサーを含む。

一部の実施形態において、第１軸方向と第２軸方向により形成された第１平面が載置台の上面に垂直であり、所定画像の取得された所定軸方向と第３軸方向により形成された第２平面は載置台の上面に垂直である。

一部の実施形態において、第１軸方向と第２軸方向は第１平面を形成し、第１平面と載置台の上面との傾斜角度が８０度〜１００度の範囲にある。

一部の実施形態において、第１軸方向と第２軸方向は第１平面を形成し、所定画像の取得された所定軸方向と第３軸方向は第２平面を形成し、第１平面は第２平面に平行ではない。

一部の実施形態において、三次元検出装置は、光学パターンを物体に投影するためのプロジェクターを更に含む。

本発明の一部の実施形態によれば、三次元検出方法は、物体を載置台に設置する工程と、第１軸方向に沿って物体の第１画像を取得し、第２軸方向に沿って物体の第２画像を取得し、第３軸方向に沿って物体の第３画像を取得し、第１軸方向、第２軸方向及び第３軸方向が互いに平行ではない工程と、第１三次元位置情報を取得するために第１画像と第２画像を分析する工程と、第２三次元位置情報を取得するために第３画像と物体の所定画像を分析し、所定画像は第２軸方向及び第３軸方向に平行ではない所定軸方向に沿って取得される工程と、を備える。

一部の実施形態において、所定画像は、第１画像である。

一部の実施形態において、方法は光学パターンを物体に投影することを含み、光学パターンはランダムに分布された複数の点を有し、物体の第１画像、第２画像及び第３画像の取得は、物体における光学パターンを取得することを含み、且つ物体の一部における点は物体の他の部分にある点と異なる分布を有する。

本発明の一部の実施形態による三次元検出装置の斜視模式図である。図１に示す三次元検出装置の上面図である。本発明の一部の実施形態による三次元検出装置の斜視模式図である。本発明の一部の実施形態による三次元検出装置の斜視模式図である。本発明の一部の実施形態による三次元検出方法のフローチャートである。本発明の一部の実施形態による物体における光学パターンの上面図である。

以下、図面で本発明の複数の実施形態を開示し、明らかに説明するために、数多くの実際の細部を下記叙述で合わせて説明する。しかしながら、理解すべきなのは、これらの実際の細部は本発明を制限するためのものではない。つまり、本発明の実施形態の一部において、これらの実際の細部は、必須なものではない。また、図面を簡略化するために、ある従来慣用の構造及び素子は、図面において簡単で模式的に示される。

図１は、本発明の一部の実施形態による三次元検出装置１００の斜視模式図である。図２は図１に示す三次元検出装置１００の上面図である。三次元検出装置１００は、載置台１１０と、画像検知ユニット１２０と、情報処理コントローラ１３０と、プロジェクター１４０と、を含む。載置台１１０は、物体２００を支持することに用いる。プロジェクター１４０は、光学パターンを物体２００に投影することに用いる。画像検知ユニット１２０は、それぞれ第１軸方向Ｄ１、第２軸方向Ｄ２、第３軸方向Ｄ３、第４軸方向Ｄ４及び第５軸方向Ｄ５に沿って物体２００の第１画像、第２画像、第３画像、第４画像及び第５画像を取得することに用いる。第１軸方向Ｄ１、第２軸方向Ｄ２及び第３軸方向Ｄ３、第４軸方向Ｄ４及び第５軸方向Ｄ５が互いに平行ではない。情報処理コントローラ１３０は、第１三次元位置情報を取得するために第１画像及び第２画像を分析すると共に、第２三次元位置情報を取得するために第３画像と物体２００の所定画像を分析することに用いる。本発明の一部の実施形態において、所定画像は、第２軸方向Ｄ２及び第３軸方向Ｄ３に平行ではない所定軸方向に沿って取得される。例としては、所定軸方向は、第１軸方向Ｄ１、第４軸方向Ｄ４及び第５軸方向Ｄ５の一方である可能性がある。

本発明の一部の実施形態において、画像検知ユニット１２０は、第１軸方向Ｄ１、第２軸方向Ｄ２及び第３軸方向Ｄ３、第４軸方向Ｄ４及び第５軸方向Ｄ５にそれぞれ設置された、第１画像、第２画像、第３画像、第４画像及び第５画像を取得するための複数の画像センサー１２１〜１２５を含む。一部の実施形態において、物体２００とそれぞれの画像センサー１２１〜１２５との間の距離は実質に同じであり、画像センサー１２１〜１２５は同じであるため、第１〜第５画像の解像度は実質に同じである。もちろん、本発明の範囲はこれに限定されない。一部の実施形態において、物体２００とそれぞれの画像センサー１２１〜１２５との間の距離は異なる。なお、画像センサー１２１〜１２５は異なってもよい。

ここで、一部の実施形態において、第２〜第５軸方向Ｄ２〜Ｄ５と載置台１１０の上面１１２との間にそれぞれ夾角Ｘ２〜Ｘ５を有し、夾角Ｘ２〜Ｘ５はほぼ同じであるが、本発明の範囲はこれに限定されない。他の実施形態において、夾角Ｘ２〜Ｘ５は異なってもよい。なお、一部の実施形態において、第１〜第５軸方向Ｄ１〜Ｄ５は、物体２００の１つの点に交差してよい。一部の実施形態において、第１〜第５軸方向Ｄ１〜Ｄ５は同一の位置に交差せず、物体２００の一部（例えば、関心領域（Ｒｅｇｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｅｓｔ；ＲＯＩ））に向かっている。

本発明の一部の実施形態において、第１軸方向Ｄ１と第２軸方向Ｄ２により形成された第１平面Ｐ１が載置台１１０の上面１１２に垂直であり、且つ第３軸方向Ｄ３と所定画像の取得された所定軸方向により形成された第２平面が載置台１１０の上面１１２に垂直である。この垂直配置により、後の三次元位置情報を取得するために行われる分析の計算が簡素化されるので、三次元位置情報の精度を向上させる。しかしながら、この垂直配置により、第１平面Ｐ１と載置台１１０の上面１１２との夾角が９０度であると高精度に制限すべきではなく、この垂直配置は許容範囲を有してよい。例としては、第１平面Ｐ１は、載置台１１０の上面１１２に対して傾斜角度を有してよい。この傾斜角度は６０度〜１２０度の範囲にあってよく、好ましくは８０度〜１００度の範囲にあってよい。且つ、第２平面は載置台１１０の上面１１２に対して傾斜角度を有してよい。この傾斜角度は、６０度〜１２０度の範囲にあってよく、好ましくは８０度〜１００度の範囲にあってよい。この傾斜角度の数値が本発明の範囲を制限すべきではないことは理解すべきである。

一部の他の実施形態において、第１平面Ｐ１と第２平面は、載置台１１０の上面１１２に垂直ではなくてもよい。三次元位置情報における要素を取得するために、関連する細部（例えば、第１平面Ｐ１と上面１１２との夾角、又は第２平面と上面１１２との夾角）を後で分析することができる。

本発明の一部の実施形態において、第１及び第２三次元位置情報を多種の方法によって取得することができるが、ここで詳しく説明する。

第１の方法については、第１軸方向Ｄ１が載置台１１０の上面１１２に垂直であり、且つ第２三次元位置情報と関連する所定画像は第１画像であってよい。本実施形態において、第１軸方向Ｄ１と第２軸方向Ｄ２により形成された第１平面Ｐ１は載置台１１０の上面１１２に実質に垂直であり、且つ第３軸方向Ｄ３と所定画像を取得するための所定軸方向（ここで第１軸方向Ｄ１を指す）により形成された第２平面Ｐ２が載置台１１０の上面１１２に実質に垂直である。

ここで、第２三次元位置情報と関連する第３軸方向Ｄ３は、第１平面Ｐ１に位置しなくてもよい。例としては、第２平面Ｐ２は第１平面Ｐ１に対して夾角Ｚ１を有する。夾角Ｚ１は、０度〜９０度の範囲にあり、例えば、１０度〜９０度である。本実施形態において、第１平面Ｐ１が第２平面Ｐ２（即ち、夾角Ｚ１は９０度である）に垂直であり、このように、第１三次元位置情報と第２三次元位置情報とは、２つの直交する位置で物体の外観を表現する。しかしながら、本発明の範囲はこれに制限されない。一部の実施形態において、第１平面Ｐ１は第２三次元位置情報に関連する平面に垂直でなくてもよい。例としては、第２三次元位置情報が第１軸方向Ｄ１及び第５軸方向Ｄ５から取得された画像から取得されたものである場合、第１軸方向Ｄ１及び第５軸方向Ｄ５は第１平面Ｐ１に位置し、この場合、第２三次元位置情報に関連する平面は第１平面Ｐ１に平行であってよい。

この設置により、第１画像、第２画像及び第３画像から、第１三次元位置情報及び第２三次元位置情報を確立することができる。

第２の方法に対して、第２三次元位置情報に関連する所定画像は、第１画像であってよいが、第１軸方向Ｄ１が載置台１１０の上面１１２に垂直ではない。図３は、本発明の一部の実施形態による三次元検出装置１００の斜視模式図である。図３に示す実施形態は、図１に示す実施形態と類似であるが、第１軸方向Ｄ１が載置台１１０の上面１１２に垂直ではないことに異なっている。本実施形態において、第１軸方向Ｄ１、第２軸方向Ｄ２及び第３軸方向Ｄ３が同一の平面にある。この設置により、第１軸方向Ｄ１と第２軸方向Ｄ２により形成された第１平面Ｐ１は、第３軸方向Ｄ３及び所定画像を取得するための所定軸方向（ここで第１軸方向Ｄ１を指す）により形成された第２平面Ｐ２に平行である。

ここで、第１平面Ｐ１及び第２平面Ｐ２が載置台１１０の上面１１２に垂直であってよい。以上のように、垂直配置により、後の三次元位置情報を取得するために行われる分析の計算が簡素化されるので、三次元位置情報の精度を向上させる。なお、この垂直配置によって第１平面Ｐ１又は第２平面Ｐ２と載置台１１０の上面１１２との夾角が９０度と高精度に制限すべきではなく、この垂直配置には許容範囲があってよい。例としては、第１平面Ｐ１又は第２平面Ｐ２は、載置台１１０の上面１１２に対して傾斜角度を有してよい。この傾斜角度は６０度〜１２０度の範囲にあってよく、好ましくは８０度〜１００度の範囲にあってよい。この傾斜角度の数値が本発明の範囲を制限すべきではないことは理解すべきである。

以上のように、第１画像と第２画像は第１三次元位置情報を取得するために分析され、第１画像と第３画像は第２三次元位置情報を取得するために分析される。

第３の方法に対して、所定画像は第１画像ではなく、第４画像であってよい。また図１を参照されたい。一部の実施形態において、第３画像と所定画像（ここで第４画像である）は、第２三次元位置情報を取得するために分析される。以上のように、第３軸方向Ｄ３と所定画像の取得された所定軸方向（ここで第４軸方向Ｄ４である）により形成された第２平面Ｐ２’が載置台１１０の上面１１２に垂直である。以上のように、第２平面Ｐ２’は載置台１１０の上面１１２に対して傾斜角度を有してよい。この傾斜角度は８０度〜１００度の範囲にあってよい。

ここで、第１軸方向Ｄ１が載置台１１０の上面１１２に垂直であってよい。しかしながら、他の一部の実施形態において、第１軸方向Ｄ１が載置台１１０の上面１１２に垂直ではなくてもよい。例としては、他の一部の実施形態において、第１軸方向Ｄ１は第５軸方向Ｄ５と互いに交換されてよく、これにより第１及び第２三次元位置情報の計算において載置台１１０の上面１１２の法線方向に沿って取得された画像を採用しない。

一部の実施形態において、第３軸方向Ｄ３及び第２三次元位置情報に関連する所定軸方向（ここで第４軸方向Ｄ４を指す）は第１平面Ｐ１に位置しない。例としては、第２平面Ｐ２’は、第１平面Ｐ１に対して夾角Ｚ１’を有する。夾角Ｚ１’は、１０度〜９０度であってよいが、本発明の範囲をその数値に制限すべきではない。本実施形態において、第１平面Ｐ１は第２平面Ｐ２’（即ち、夾角Ｚ１’は９０度である）に垂直であり、このように、第１三次元位置情報と第２三次元位置情報とは２つの直交する位置で物体の外観を表現する。しかしながら、本発明の範囲をこれに制限すべきではない。一部の実施形態において、第１平面Ｐ１が第２平面Ｐ２’に垂直ではなくてよい。

上記に言及した方法により、第１及び第２三次元位置情報を得ることができる。情報処理コントローラ１３０は、選択的に、第１及び第２三次元位置情報を整合性三次元情報に組み合わせてよい。２つ以上の三次元位置情報を計算して取得し、且つこの２つ以上の三次元位置情報によって整合性三次元情報を生成することができることは理解すべきである。例としては、第４画像と第５画像から第３及び第４三次元位置情報を計算して取得することができる。

例としては、本発明の一部の実施形態において、情報処理コントローラ１３０は、第３三次元位置情報を取得するために、第１画像及び第４画像を分析することに用いる。一部の実施形態において、第１軸方向Ｄ１と第４軸方向Ｄ４により形成された平面が載置台１１０の上面１１２に垂直である。例としては、第１軸方向Ｄ１が載置台１１０の上面１１２に垂直である。このように、情報処理コントローラ１３０は、第１三次元位置情報を取得するために第１画像及び第２画像を分析し、第２三次元位置情報を取得するために第１画像及び第３画像を分析し、第３三次元位置情報を取得するために第１画像及び第４画像を分析する。

ここで、載置台１１０の上面１１２の上方において、第３軸方向Ｄ３と第４軸方向Ｄ４とはそれぞれ第１平面Ｐ１の反対する両側に向かって延伸することで、それぞれの角度から物体２００を検知する。しかしながら、本発明の範囲をこれに制限すべきではない。載置台１１０の上面１１２の上方において、第３軸方向Ｄ３と第４軸方向Ｄ４は、第１平面Ｐ１の同一側へ延伸することで、より高精度に物体２００を検知する。

更に、本発明の一部の実施形態において、情報処理コントローラ１３０は、第４三次元位置情報を取得するために第１画像及び第５画像を分析することに用いる。一部の実施形態において、第１軸方向Ｄ１と第５軸方向Ｄ５により形成された平面が載置台１１０の上面１１２に垂直である。例としては、第１軸方向Ｄ１が載置台１１０の上面１１２に垂直である。このように、情報処理コントローラ１３０は、第１三次元位置情報を取得するために第１画像及び第２画像を分析し、第２三次元位置情報を取得するために第１画像及び第３画像を分析し、第３三次元位置情報を取得するために第１画像及び第４画像を分析し、第４三次元位置情報を取得するために第１画像及び第５画像を分析する。

ここで、載置台１１０の上面１１２の上方において、第２軸方向Ｄ２と第５軸方向Ｄ５とがそれぞれ第２平面Ｐ２（第１軸方向Ｄ１と第３軸方向Ｄ３で形成される）又は第２平面Ｐ２’（第３軸方向Ｄ３と第４軸方向Ｄ４で形成される）の反対する両側に向かって延伸することで、それぞれの角度から物体２００を検知する。しかしながら、本発明の範囲はこれに制限されない。載置台１１０の上面１１２の上方において、第２軸方向Ｄ２と第５軸方向Ｄ５とが第２平面Ｐ２又は第２平面Ｐ２’の同一側に向かって延伸することで、物体２００をより高精度に検知することができる。

更に、本発明の一部の実施形態において、情報処理コントローラ１３０は、第５三次元位置情報を取得するために第２画像と第５画像を分析することに用いる。本発明の一部の実施形態において、情報処理コントローラ１３０は、第６三次元位置情報を取得するために第３画像と第４画像を分析することに用いる。このように、第１〜第６三次元位置情報の部分は、例えば、回路基板での溶接状態のテストのような、物品テストの標準とされてもよい。三次元位置情報の要求する数によって、部分的な画像センサー１２１〜１２５を省略又はオフしてもよいことは理解すべきである。例としては、簡単な実施形態において、画像検知ユニット１２０は、画像センサー１２１〜１２３のみを含んでよい。又は、一部の実施形態において、画像検知ユニット１２０は、画像センサー１２１、１２２及び１２５のみを含んでよい。一部の他の実施形態において、画像検知ユニット１２０は、画像センサー１２２〜１２５のみを含んでよい。

本発明の実施形態において、物体２００は、少なくとも１つの三次元特徴を有する。例としては、物体２００は、回路基板であってよく、その三次元特徴は溶接状態であってよい。プロジェクター１４０は、光源及びパターンを有するマスクを含んでよい。これにより、光源からの光線がマスクにより部分的に遮断されるので、マスクを経過した光線はパターンを有するようになる。一部の実施形態において、画像センサー１２１〜１２５は、物体２００により反射された光線強度を検出することができる。例としては、画像センサー１２１〜１２５は、感光性結合素子（ｃｈａｒｇｅｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖｉｃｅ；ＣＣＤ）カメラ、相補型金属酸化膜半導体（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；ＣＭＯＳ）画像センサー、接合型電界効果トランジスタ（ｊｕｎｃｔｉｏｎｇａｔｅｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＪＦＥＴ）画像センサー又はその他の適当な感光装置である。

図４は、本発明の一部の実施形態による三次元検出装置の斜視模式図である。本実施形態は、図１に示す実施形態と類似であるが、画像検知ユニット１２０が画像センサー１２１〜１２５の代わりに静止画像センサー１２６及び移動可能な画像センサー１２７を含むことに異なっている。静止画像センサー１２６は、第１軸方向Ｄ１に設置され、且つ第１画像を取得することに用いられる。移動可能な画像センサー１２７は、第２画像と第３画像を取得するために、第２軸方向Ｄ２から第３軸方向Ｄ３まで回転することに用いる。

本実施形態において、第２軸方向Ｄ２と第３軸方向Ｄ３は、それぞれ載置台１１０の上面１１２との間に類似である夾角Ｘ２及びＸ３を有するので、移動可能な画像センサー１２７を水平に第２軸方向Ｄ２における位置から第３軸方向Ｄ３における位置まで回転させることができる。

一部の実施形態において、以上のように、第１〜第３画像よりも多いものが撮影され、且つ移動可能な画像センサー１２７は、第２〜第５軸方向Ｄ２〜Ｄ５の少なくとも１つに沿って、第２画像、第３画像、第４画像及び第５画像の少なくとも１つをそれぞれ取得することに用いる。移動可能な画像センサー１２７は、第２〜第５軸方向Ｄ２〜Ｄ５において移動することができる。これらの実施形態において、例としては、一部の第２〜第４軸方向Ｄ２〜Ｄ４と載置台１１０の上面１１２との間に類似である角度Ｘ２〜Ｘ４を有するので、移動可能な画像センサー１２７を水平に回転させると共に、空位置（即ち、図における破線枠の位置）に移動させることができる。一部の実施形態において、移動可能な画像センサー１２７は、第１軸方向Ｄ１を中心として水平に回転することができる。しかしながら、他の実施形態において、角度Ｘ２〜Ｘ４は異なっても良く、且つ移動可能な画像センサー１２７は水平に移動するだけでなく、更に垂直に移動してもよい。

画像検知ユニット１２０は、図１、図３及び図４に示す形態に限定されない多種の形態によって、第１〜第５軸方向Ｄ１〜Ｄ５に沿って画像を取得することができることは理解すべきである。例としては、移動可能な画像センサー１２７は、第１〜第５軸方向Ｄ１〜Ｄ５の間で移動することができるので、静止画像センサー１２６を省略することができる。

本実施形態の他の細部については、おおよそ図１の実施形態に示すようなものであるので、ここで繰り返して説明しない。

図５は、本発明の一部の実施形態による三次元検出方法３００のフローチャートである。方法３００は、工程３１０〜３５０を備える。方法３００については、図１、図３及び図４の少なくとも１つを参照して説明する。

まず、工程３１０において、プロジェクター１４０は、光学パターン１４０Ｐを物体２００に投影する。図６は、本発明の一部の実施形態による物体２００での光学パターン１４０Ｐの上面図である。物体２００に投影された光学パターン１４０Ｐにより、後の撮影された画像がより高精度にマッピング（ｍａｐｐｉｎｇ）されることができる。一部の実施形態において、光学パターン１４０Ｐは、ストライプパターンであってよい。一部の実施形態において、光学パターン１４０Ｐは、ランダムな点状分布パターンであってよい。即ち、光学パターン１４０Ｐは、ランダムに分布された複数の点を含む。ランダムな点状分布パターンに対して、物体２００の複数の部分における点状分布は、異なり且つ独特なものである。例えば、物体２００の各部分は、それにおける点状分布によって識別可能なものになる。

更に、ランダムな点状分布パターンに対して、物体２００における点の配列によって関心領域（Ｒｅｇｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｅｓｔ）ＲＯＩ内の点が独特なものになる。つまり、物体２００の一部に位置する点は、物体２００の他の部分における点と異なる分布を有する。例としては、第１位置Ｑ１（太い実線で示す）にある関心領域ＲＯＩの点の分布は、第２位置Ｑ２又はその他の位置（太い点線で示す）にある関心領域ＲＯＩの点の分布と異なる。第１位置Ｑ１にある関心領域ＲＯＩは、第２位置Ｑ２にある関心領域ＲＯＩと重ね合わせられてもよい。

ここで、物体２００の第１部分２１０は第１位置Ｑ１にある関心領域ＲＯＩに対応し、物体２００の第２部分２２０は第２位置Ｑ２にある関心領域ＲＯＩに対応する。物体２００の第１部分２１０及び物体２００の第２部分２２０は、物体２００の同じ特徴を含んでも含まなくてもよい。一部の実施形態において、関心領域ＲＯＩは、複数の画像センサーの視野（ｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗ）にあり、且つ取得された画像の一部と関連することができる。異なる関心領域ＲＯＩ内の光学パターン１４０Ｐの点は、識別可能な形態の分布に限定されない。一部の他の実施形態において、それぞれの関心領域ＲＯＩは、他の要素により識別可能なものになる可能性がある。

一部の場合に、物体２００の固有の特徴は識別可能なものであるので、工程３１０を省略することができる。

次に、工程３２０において、物体２００の第１部分２１０の画像を取得する。以上のように、第１〜第５軸方向Ｄ１〜Ｄ５に沿って第１〜第５画像を取得する。光学パターン１４０Ｐが物体２００に投影される場合、物体２００の第１〜第５画像の取得は、物体２００における光学パターン１４０Ｐを取得することを含む。

その後、工程３３０では、物体２００の第１部分２１０の第１三次元位置情報及び第２三次元位置情報を取得するために、物体２００の第１部分２１０の第１〜第５画像を分析する。以上のように、所定画像は、第１画像、第４画像又はその他の画像であってよい。物体２００の第１部分２１０の第１三次元位置情報及び第２三次元位置情報は整合性三次元情報に整合され又は整合されなくてもよい。関連する分析方法については、既に以上に記載されたので、ここで省略する。

次に、工程３４０において、物体２００の第２部分２２０の画像を取得し、関心領域ＲＯＩを物体２００の第２位置Ｑ２に転移する。以上のように、第１〜第５軸方向Ｄ１〜Ｄ５に沿って第１〜第５画像を取得する。光学パターン１４０Ｐが物体２００に投影される場合、物体２００の第１〜第５画像の取得は、物体２００での光学パターン１４０Ｐを取得することを含む。

その後、工程３５０に進む。物体２００の第２部分２２０の第１三次元位置情報及び第２三次元位置情報を取得するために、物体２００の第２部分２２０の第１〜第５画像を分析する。以上のように、所定画像は、第１画像、第４画像又はその他の画像であってよい。物体２００の第２部分２２０の第１三次元位置情報及び第２三次元位置情報は整合性三次元情報に整合され又は整合されなくてもよい。関連する分析方法については、既に以上に記載されたので、ここで省略する。

この設置により、物体２００の第１部分２１０と第２部分２２０の三次元情報をそれぞれ生成することができる。２つを超えた三次元情報を計算して取得することができることは理解すべきである。その細部については、既に言及されたので、ここで繰り返して説明しない。物体２００の複数の三次元情報は、情報処理コントローラ１３０の処理及び組み合わせにより物体の整合性三次元情報を形成することができる。

まとめて、本発明の例示的な実施形態によれば、第１及び第２三次元位置情報で物体の外観が再建される。第１及び第２三次元位置情報は、２対の画像をそれぞれ計算することによって取得されることができる。この２対の画像は、そのうちの１つ画像を共用することができる。又は、第１及び第２三次元位置情報は、２対の画像によって取得されることがでる。複数の画像は、互いに異なる。この設置により、物体の検出精度を向上させることができる。

本発明の実施形態を前記の通りに開示したが、それは、本発明を限定するために用いられるものではなく、当業者なら、本発明の宗旨や範囲から逸脱しない限り、多様の変更や修正を加えることができ、従って、本発明の保護範囲は、後の特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

１００：三次元検出装置
１１０：載置台
１１２：上面
１２０：画像検知ユニット
１２１〜１２５：画像センサー
１２６：静止画像センサー
１２７：移動可能な画像センサー
１３０：情報処理コントローラ
１４０：プロジェクター
１４０Ｐ：光学パターン
２００：物体
３００：方法
３１０〜３５０：工程
Ｄ１：第１軸方向
Ｄ２：第２軸方向
Ｄ３：第３軸方向
Ｄ４：第４軸方向
Ｄ５：第５軸方向
Ｐ１：第１平面
Ｐ２：第２平面
Ｐ２’：第２平面
Ｚ１、Ｚ１’、Ｘ２〜Ｘ５：夾角
２１０：第１部分
２２０：第２部分
ＲＯＩ：関心領域
Ｑ１：第１位置
Ｑ２：第２位置

Claims

物体を支持するための載置台と、
互いに平行ではない第１軸方向、第２軸方向及び第３軸方向に沿って前記物体の第１画像、第２画像及び第３画像をそれぞれ取得するとともに、前記第１軸方向に設置されて前記第１画像を取得するための静止画像センサーと、前記第２画像と前記第３画像を取得するために前記第２軸方向から前記第３軸方向まで回転するための移動可能な画像センサーと、を含む画像検知ユニットと、
第１三次元位置情報を取得するために前記第１画像及び前記第２画像を分析すると共に、第２三次元位置情報を取得するために前記第３画像と前記物体の所定画像を分析し、前記所定画像は前記第２軸方向及び前記第３軸方向に平行ではない所定軸方向に沿って取得される情報処理コントローラと、
を含む三次元検出装置。
前記所定画像は前記第１画像であり、前記第１軸方向は前記載置台の上面に垂直である請求項１に記載の三次元検出装置。
前記所定画像は前記第１画像であり、前記第３軸方向は前記第１軸方向と前記第２軸方向により形成された第１平面に位置する請求項１に記載の三次元検出装置。
前記所定画像は前記第１画像であり、前記第３軸方向は前記第１軸方向と前記第２軸方向により形成された第１平面に位置しない請求項１に記載の三次元検出装置。
前記画像検知ユニットは、更に、前記第１軸方向、前記第２軸方向及び前記第３軸方向に平行ではない第４軸方向に沿って前記物体の第４画像を取得することに用いられ、前記情報処理コントローラは、更に、第３三次元位置情報を取得するために前記第１画像と前記第４画像を分析することに用いられ、前記第３軸方向と前記第４軸方向とはそれぞれ前記第１平面の反対する両側へ延伸する請求項４に記載の三次元検出装置。
前記画像検知ユニットは、更に、前記第１軸方向、前記第２軸方向、前記第３軸方向及び前記第４軸方向に平行ではない第５軸方向に沿って前記物体の第５画像を取得することに用いられ、前記情報処理コントローラは、更に、第４三次元位置情報を取得するために前記第１画像と前記第５画像を分析することに用いられ、前記第３軸方向と前記第４軸方向は、第２平面を形成し、前記第２軸方向と前記第５軸方向はそれぞれ前記第２平面の反対する両側へ延伸する請求項５に記載の三次元検出装置。
前記移動可能な画像センサーは、前記第４軸方向に沿って前記第４画像を取得する請求項５に記載の三次元検出装置。
前記画像検知ユニットは、更に、第４軸方向に沿って前記物体の前記所定画像としての第４画像を取得することに用いる請求項１に記載の三次元検出装置。
前記移動可能な画像センサーは、前記第４軸方向に沿って前記第４画像を取得する請求項８に記載の三次元検出装置。
前記第１軸方向と前記第２軸方向により形成された第１平面は前記載置台の上面に垂直であり、前記所定画像の取得された前記所定軸方向と前記第３軸方向により形成された第２平面は前記載置台の前記上面に垂直である請求項１に記載の三次元検出装置。
前記第１軸方向と前記第２軸方向は第１平面を形成し、前記第１平面と前記載置台の上面との傾斜角度は８０度〜１００度の範囲にある請求項１に記載の三次元検出装置。
前記第１軸方向と前記第２軸方向は第１平面を形成し、前記所定画像の取得された前記所定軸方向と前記第３軸方向は第２平面を形成し、前記第１平面は前記第２平面に平行ではない請求項１に記載の三次元検出装置。
光学パターンを前記物体に投影するためのプロジェクターを更に含む請求項１に記載の三次元検出装置。
物体を載置台に設置する工程と、
静止画像センサーにより第１軸方向に沿って前記物体の第１画像を取得し、移動可能な画像センサーにより第２軸方向に沿って前記物体の第２画像を取得し、前記移動可能な画像センサーを前記第２軸方向から第３軸方向まで回転させることで前記第３軸方向に沿って前記物体の第３画像を取得し、前記第１軸方向、前記第２軸方向及び前記第３軸方向が互いに平行ではない工程と、
第１三次元位置情報を取得するために前記第１画像と前記第２画像を分析する工程と、
第２三次元位置情報を取得するために前記第３画像と前記物体の所定画像を分析し、前記所定画像は前記第２軸方向及び前記第３軸方向に平行ではない所定軸方向に沿って取得される工程と、
を備える三次元検出方法。
前記所定画像は、前記第１画像である請求項１４に記載の三次元検出方法。
ランダムに分布された複数の点を有する光学パターンを前記物体に投影し、前記物体の前記第１画像、前記第２画像及び前記第３画像の前記取得は前記物体における前記光学パターンを取得することを含み、且つ前記物体の一部における前記点は前記物体の他の部分にある前記点と異なる分布を有する請求項１４に記載の三次元検出方法。