JP6480902B2 - 投影パターン作成装置および3次元計測装置 - Google Patents
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Description
まず、本発明の実施例1に係る投影パターン作成装置について説明する。図7に、本発明の実施例1に係る投影パターン作成装置の構成を示す。本発明の実施例1に係る投影パターン作成装置4は、3次元計測装置101で使用する投影パターンを作成する。3次元計測装置101は、パターン投影装置1と一乃至複数の撮像装置2を備え、パターン投影装置1から対象物体に投影された投影パターンを撮像装置2で撮像することにより対象物体の3次元位置または/および形状を計測する。
・液晶、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイス、またはフォトマスクを使用する。
・光源にランプ、またはLEDを使用する。
・光源の波長は可視光、赤外光、紫外光を用いることができる。
・カラーカメラ
・グレースケールカメラ
・赤外や紫外などの可視光以外を光源として撮像が行えるカメラ
・対象物の3次元形状を計測出来れば、ランダムドットやデブルーイン系列を利用する方法など任意の手法で生成されたパターンを投影パターンの初期値とする。
・投影パターンで3次元計測を行うことが出来るかどうかを数値化し、評価値Aとする。評価値Aを計算する方法の例は後述する。
・投影パターンを意図的にぼかした変形投影パターンで評価値Aと同様の計算を行い評価値Bとする。投影パターンをぼかす方法の例は後述する。
・投影パターンを意図的に引き伸ばした変形投影パターンで評価値Aと同様の計算を行い評価値Cとする。投影パターンを引き延ばす方法の例は後述する。
・投影パターンを意図的につぶした変形投影パターンで評価値Aと同様の計算を行い評価値Dとする。投影パターンをつぶす方法の例は後述する。
・評価値Aに評価値B、C、Dを1つ以上加算した合計値Eが減少するよう、投影パターンを修正し再度合計値Eを求めるという操作を繰り返し、投影パターンを改善する。投影パターンを改善する方法の例は後述する。
・縦縞など特定の幾何学模様を検出して3次元計測を行う場合は、投影パターンに対する特定の幾何学模様が検出できなかった面積の割合を評価値Aとして計算する。
・3次元計測に幾何学模様の順序関係の認識が必要な場合は、投影パターンに対する順序関係が正しく求められなかった割合を評価値Aとして計算する。
・投影パターンに繰り返しが無いことを利用して3次元計測を行う場合は、投影パターン中の注目する小領域と別の小領域との差をすべての組み合わせで計算し、最大の差、差の総和、差の平均を評価値Aとして計算する。尚、投影パターンが特定の方向だけ繰り返しが無い場合や、注目する領域に対してある範囲の中で繰り返しが無い場合は、繰り返しが無い範囲で計算を行う。
・複数の3次元計測方法を組み合わせている場合は、それぞれで評価値を計算し、その和として評価値Aを求めてもよい。
・評価値A〜Dの和を評価値Eとする。
E=A+B+C+D
・評価値A〜Dに重みαA〜αDを乗算したうえで、合計値Eとする。
E=αA×A+αB×B+αC×C+αD×D
・評価値Bを算出する際に、上述した複数の異なる方法で投影パターンをぼかして算出した評価値をそれぞれB1〜Bnとし、B1〜Bnの和ΣBiを評価値Bとして用いてもよい。
・異なるn個の条件で投影パターンを引き延ばした場合の評価値C1〜Cnを計算し、得られたn個の評価値の和を評価値C=ΣCiとして、上記と同様に評価値Eを求める。
・異なるn個の条件で投影パターンをつぶした場合の評価値D1〜Dnを計算し、得られたn個の評価値の和を評価値D=ΣDiとして、上記と同様に評価値Eを求める。
・評価値A〜Dのすべてを使って評価値Eを算出するのではなく、AとBだけなど、一部だけを用いて評価値Eを算出するようにしてもよい。
・投影パターンの境界線を細分化し、幾つかの細分化した境界線の位置を動かすことで投影パターンを修正する。境界線は、任意の方法で選択してよい。例えば、ランダムに選択する方法、投影パターン中の評価値Eを大きくする原因となっている領域内から選択する方法が挙げられる。
・投影パターンを小領域に細分化し、幾つかの小領域のそれぞれの白黒値を変えることで投影パターンを修正する。小領域は、任意の方法で選択して良い。例えば、ランダムに選択する方法、投影パターン中の評価値Eを大きくする原因となっている領域内から選択する方法が挙げられる。
・投影パターンを全体的に拡大、または縮小する。
・予め複数の小パターンを用意し、小パターンを並べ投影パターンを表現する。小パターンの配置を変えることで投影パターンを修正する。
次に、本発明の実施例2に係る投影パターン作成装置について説明する。図14に、本発明の実施例2に係る投影パターン作成装置の構成を示す。本発明の実施例2に係る投影パターン作成装置42が、本発明の実施例1に係る投影パターン作成装置4と異なっている点は、第一の領域抽出部9と、第三の投影パターン改善部10と、を備える点である。本発明の実施例2に係る投影パターン作成装置42の他の構成は、本発明の実施例1に係る投影パターン作成装置4における構成と同様であるので詳細な説明は省略する。
・予め、ぼけに強いパターンが満たす条件B、引き伸ばしに強いパターンが満たす条件C、つぶれに強いパターンが満たす条件Dを設定する。条件B、C、Dの例は後述する。
・投影パターンを小領域に分割し、小領域ごとに条件Bを満たすか否かを判定し、ステップS203において投影パターンのボケを考慮すると判断した場合には、ぼけに強い領域RBを抽出する(ステップS204)。一方、ステップS203において投影パターンのボケを考慮しないと判断した場合には、ステップS204の工程を実行しない。
・投影パターンを小領域に分割し、小領域ごとに条件Cを満たすか否かを判定し、ステップS205において投影パターンの引き伸ばしを考慮すると判断した場合には、引き伸ばしに強い領域RCを抽出する(ステップS206)。一方、ステップS205において投影パターンの引き伸ばしを考慮しないと判断した場合には、ステップS206の工程を実行しない。
・投影パターンを小領域に分割し、小領域ごとに条件Dを満たすか否かを判定し、ステップS207において投影パターンのつぶれを考慮すると判断した場合には、つぶれに強い領域RDを抽出する(ステップS208)。一方、ステップS207において投影パターンのつぶれを考慮しないと判断した場合には、ステップS208の工程を実行しない。
・抽出された領域RB〜RDから投影パターンを修正可能な領域REを抽出する(ステップS209)。領域REの抽出方法の例は後述する。
・評価値Aが減少するよう、抽出されたRE内のパターンを実施例1と同じ要領で修正(ステップS210)し、再度パターンを修正可能な領域REを求めるという操作を繰り返し、投影パターンを改善する。なお、図15には、ぼけに強い領域RBを抽出する工程、引き伸ばしに強い領域RCを抽出する工程、およびつぶれに強い領域RDを抽出する工程のそれぞれを並行して、即ち、パラレルに実行する例を示している。しかしながらこのような例には限られず、上記各工程を順次、即ち、シリアルに実行するようにしてもよい。
まず、条件Bの例について説明する。ぼけに強いパターンが満たす条件として、例えば以下を条件Bとして用いることが出来る。
・境界線と境界線の間隔が、閾値以上
・最も小さい黒領域の面積が、閾値以上
・最も小さい白領域の面積が、閾値以上
・境界線前後の値の変化量が、閾値以上
・白領域の面積の総和が、閾値以下
・黒領域の面積の総和が、閾値以下
・境界線と境界線の間隔が、閾値以下
・最も小さい黒領域の面積が、閾値以下
・最も小さい白領域の面積が、閾値以下
・境界線と境界線の間隔が、閾値以上
・最も小さい黒領域の面積が、閾値以上
・最も小さい白領域の面積が、閾値以上
・領域RB〜RDの論理和を領域REとする。
・領域RB〜RDの論理積を領域REとする。
・領域RB〜RDのいずれか2つ以上の領域に含まれる領域を領域REとする。
次に、本発明の実施例3に係る投影パターン作成装置について説明する。実施例3では、実施例1と2の組み合わせ投影パターンを改善する。図16に、本発明の実施例3に係る投影パターン作成装置による投影パターン作成手順を説明するためのフローチャートを示す。図16において、ステップS301〜S312が、実施例1におけるフローチャートのステップS101〜S112に相当し、ステップS313〜S320が、実施例2におけるフローチャートのステップS203〜S209に相当する。
2 撮像装置
4 投影パターン投影装置
5 投影パターン変形部
6 第一の投影パターン改善部
7 投影パターン撮像部
8 第二の投影パターン改善部
9 第一の領域抽出部
10 第三の投影パターン改善部
Claims (4)
- パターン投影装置と一乃至複数の撮像装置を備え、前記パターン投影装置から対象物体に投影された投影パターンを前記撮像装置で撮像することにより対象物体の3次元位置または/および形状を計測する3次元計測装置で使用する投影パターンを作成する投影パターン作成装置であって、
前記パターン投影装置の光学系の特性、前記撮像装置の光学系の特性、または/および前記パターン投影装置と前記撮像装置の位置関係に基づいて、前記パターン投影装置の投影範囲内に設けた評価面に向けて前記パターン投影装置から投影された前記投影パターンが、前記撮像装置の画像に写った際の変形を再現することで変形投影パターンを生成する投影パターン変形部と、
前記パターン投影装置または前記撮像装置に対する位置や傾きが異なる一乃至複数の評価面に向けて前記パターン投影装置から第一の投影パターンを投影した場合に生成される、一乃至複数の第一の変形投影パターンに基づいて、前記第一の投影パターンを改善した第二の投影パターンを生成する第一の投影パターン改善部と、
を備えることを特徴とする投影パターン作成装置。 - 請求項1に記載の投影パターン作成装置で作成された前記第二の投影パターンを前記パターン投影装置から投影する、3次元計測装置。
- 前記投影パターン変形部は、前記投影パターンの前記パターン投影装置の光学系または/および前記撮像装置の光学系に起因する変形を再現した第一の変形投影パターンを生成し、
前記第一の投影パターン改善部は、前記第一の変形投影パターンに基づいて第一の評価値を算出すると共に、該第一の評価値に基づいて前記第一の投影パターンを改善する、請求項1に記載の投影パターン作成装置。 - 前記投影パターン変形部は、前記投影パターンの前記パターン投影装置と前記撮像装置の位置関係に起因した変形を再現した第二の変形投影パターンを生成し、
前記第一の投影パターン改善部は、前記第二の変形投影パターンに基づいて第一の評価値を算出すると共に、該第一の評価値に基づいて前記第一の投影パターンを改善する、請求項1に記載の投影パターン作成装置。
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