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三次元計測装置及び三次元計測方法 コモンズ

国内特許コード P110003356
整理番号 RJ007P57
掲載日 2011年6月20日
出願番号 特願2004-158554
公開番号 特開2005-098978
登録番号 特許第3991040号
出願日 平成16年5月28日(2004.5.28)
公開日 平成17年4月14日(2005.4.14)
登録日 平成19年7月27日(2007.7.27)
優先権データ
  • 特願2003-296705 (2003.8.20) JP
発明者
  • 川末 紀功仁
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 三次元計測装置及び三次元計測方法 コモンズ
発明の概要 【課題】 テレビカメラとレーザ投光器に三次元位置と方向を検出できる三次元磁気センサを取り付け、テレビカメラとレーザ投光器をそれぞれ独立して動作させながら被測定対象物全体を計測することにより、死角を減少させると共に、流体の流動現象を計測することが可能な三次元計測装置を提供する。
【解決手段】 この三次元計測装置100は、CCDカメラ7からの画像信号からレーザ輝線の座標をリアルタイムに演算するレーザ位置検出回路11と、対象物1にレーザスリット光を照射するレーザ投光器20と、このレーザ投光器20により対象物1の表面に照射された光を撮像する撮像装置30と、所定のエリアに磁界ベクトルを形成するトランスミッタ40と、CCDカメラ7により撮像された画像データをPC12が処理し易いように変換するイメージプロセッサ17と、磁気センサ4、磁気センサ8の信号から三次元位置情報及び姿勢情報を検出するまたレーザ位置検出回路11と、データに基づいて、対象物1の三次元画像を再生するパーソナルコンピュータ(PC)12を備えて構成される。
【選択図】 図2
従来技術、競合技術の概要


近年、コンピュータビジョンに関する研究が活発化し、撮像装置を用いた物体の三次元情報入力システムが身近なものになりつつある。この種の技術の中で、撮像装置としてテレビカメラを用い物体の三次元形状を入力する手法として、光切断法が広く知られている。これはスリット光を被測定対象物に照射し、その反射光をテレビカメラで撮像して、三角測量の原理から被測定対象物の三次元位置を求めるものである。
また近年、魚介類の養殖業における養魚介類生産技術を確立させるために高機能飼育水槽システムが開発され、水槽内の飼育環境の最適化を図る事業が実施されている。このような事業で重要なことは、目に見えない水の動きをどのように計測して管理するかである。即ち、水槽内での水の流れを計測する手法の確立が望まれている。
空気や水の流れなど目で見ることのできない現象を観察できるようにする技術は可視化と呼ばれる。可視化技術は、デジタル画像処理の技術を用いて解析を行うことで、流れの定性的な観察のみならず、速度分布などの定量計測にも使うことが可能となっている。また可視化する方法はそれぞれの目的に応じ多くの手法があるが、その中に、PIV(粒子画像流速測定法)と呼ばれるものがある。それは、可視化された画像を解析し、粒子群像の時間的変位から、二次元面内の速度を多点同時計測する技術である。PIVでは高精度な計測ができ、複雑な流れにも対応できる。



また、従来の三次元画像情報入力装置として特開平9-210646号公報には、被写体に対してスリット光を走査する走査手段と、前記スリット光の位置を測定する位置測定手段と、被写体を光検出手段を用いて撮像する撮像手段と、カラー画像を撮影するカラー画像撮影手段とを備えた三次元画像情報入力装置について開示されている。
また米国ポヒマス社(Polhemus Inc.)は、非接触三次元形状入力装置として、ハンドヘルド・レーザスキャナFastSCAN(商品名)を製品化している。この製品は図24(a)に示すように、レーザダイオード50と、カメラ53と、図示しない磁気センサが一体化された本体52と、被測定対象物56の近傍に置かれ所定のエリアに磁界ベクトルを形成するトランスミッタ54とを備えて構成されている。そして、トランスミッタ54と本体52はケーブル55により接続され、図示しないPC等にケーブル53を介して接続されている。また、図24(b)に示す他の製品は、レーザダイオード61と、カメラ60a、60bと、図示しない磁気センサが一体化された本体62と、被測定対象物66の近傍に置かれ所定のエリアに磁界ベクトルを形成するトランスミッタ64と、被測定対象物66の所定の部分に取り付けられた磁気センサ63とを備えて構成されている。以上の製品は、三次元磁気センサを組合わせることにより、スキャナのカメラと被測定対象物との相対位置を特定できるため、大きな固定台やターンテーブルを必要とせず、三次元形状を素早く簡単に入力することができる、とされている。そして、この製品の原理について、[Hand-held Laser Scanning In Practice]としてBruce McCallum、Mark Nixon、Brent Price and Rick Fright等により詳細が報告されている。
【特許文献1】
特開平9-210646号公報
【非特許文献1】
[Hand-held Laser Scanning In Practice]Bruce McCallum,Mark Nixon,Brent Price and Rick Fright

産業上の利用分野


本発明は、三次元計測装置に関し、さらに詳しくは、被測定対象物の測定死角を減少すると共に、流体の流動現象を計測する三次元計測装置と三次元計測方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
物体の三次元情報を入力して前記物体の三次元形状を計測する三次元計測装置において、前記物体に光を照射する投光手段と、該投光手段により前記物体表面に照射された光を撮像する撮像手段と、前記投光手段に備えられ該投光手段の三次元位置情報及び姿勢情報を生成する第1のセンサと、前記撮像手段に備えられ該撮像手段の三次元位置情報及び姿勢情報を生成する第2のセンサと、前記物体に照射された光の平面方程式を算出する方程式算出手段と、を備え、前記投光手段と撮像手段がそれぞれ独立に動作することにより前記第1のセンサ及び第2のセンサより得られる三次元位置情報及び姿勢情報に基づいて、前記方程式算出手段が前記物体に照射された光の平面方程式を算出し、該算出結果から前記物体の三次元形状を計測することを特徴とする三次元計測装置。

【請求項2】
所定のエリアに磁界ベクトルを形成するトランスミッタを備え、前記第1のセンサ及び第2のセンサは前記磁界ベクトルを受信することにより、当該センサの前記三次元位置情報及びロール角、ピッチ角、及びヨー角の前記姿勢情報を取得することを特徴とする請求項1に記載の三次元計測装置。

【請求項3】
前記物体が流体である場合には、当該流体の動きを可視化する可視化手段を更に備え、前記投光手段と撮像手段がそれぞれ独立に動作することにより、前記第1のセンサ及び第2のセンサより得られる三次元位置情報及び姿勢情報に基づいて、前記方程式算出手段が前記可視化手段により可視化された流体に照射された光の平面方程式を算出し、該算出結果から前記流体の流動現象を計測することを特徴とする請求項1に記載の三次元計測装置。

【請求項4】
前記可視化手段は、所定の反射率を有する粒子状の物体であることを特徴とする請求項に記載の三次元計測装置。

【請求項5】
物体の三次元情報を入力して前記物体の三次元形状を計測する三次元計測方法において、前記物体にスリット光を照射する動作と該照射されたスリット光を撮像する動作を独立に行い、夫々の動作の三次元位置情報及び姿勢情報に基づいて前記物体に照射された光の平面方程式を算出し、該算出結果から前記物体の三次元形状を計測することを特徴とする三次元計測方法。

【請求項6】
前記物体の形状が滑らかな場合には、前記物体に照射されたスリット光の光軸と該スリット光を撮像する光軸との角度を大きくして撮像し、前記物体の形状が複雑な場合には、前記物体に照射されたスリット光の光軸と該スリット光を撮像する光軸との角度を小さくして撮像することを特徴とする請求項に記載の三次元計測方法。

【請求項7】
前記物体が流体である場合には、流体の動きを可視化し、前記流体にスリット光を照射する動作と該照射されたスリット光を撮像する動作を独立に行い、夫々の動作により得られた三次元位置情報及び姿勢情報に基づいて可視化された流体に照射された光の平面方程式を算出し、該算出結果から前記流体の流動現象を計測することを特徴とする請求項に記載の三次元計測方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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