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THREE-DIMENSIONAL MEASURING INSTRUMENT, METHOD, AND PROGRAM meetings

Patent code P06P003372
File No. fit04B05
Posted date Jun 23, 2006
Application number P2004-336554
Publication number P2006-145405A
Patent number P4883517
Date of filing Nov 19, 2004
Date of publication of application Jun 8, 2006
Date of registration Dec 16, 2011
Inventor
  • (In Japanese)盧 存偉
Applicant
  • (In Japanese)学校法人福岡工業大学
Title THREE-DIMENSIONAL MEASURING INSTRUMENT, METHOD, AND PROGRAM meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional measuring instrument, a three-dimensional measuring method, and a three-dimensional measuring program capable of obtaining a large number of pattern optical information by one projection, and capable of obtaining three-dimensional information quickly and precisely.
SOLUTION: This three-dimensional measuring instrument of the present invention is constituted of a pattern projector 1 as a projection means for projecting a pattern light onto a measuring object A, a camera 2 as an imaging means for imaging the measuring object A projected with the pattern light to pick up an image, and a computer 3 for processing a data of the image picked up by the camera 2. A direction angle of an individual pattern light forming the projected pattern light is calculated by the computer 3, based on an intensity value of the projected pattern light detected from the picked-up image, an intensity distribution is divided, a depth distance is calculated based on a phase value in each measuring point of a divided pattern, and the three-dimensional information is thereby obtained precisely.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


近年、医療や美容、衣服を初め靴、眼鏡、帽子など服飾の設計、また、ダイエット管理や健康管理などの様々な分野においては、胴体のみならず顔や頭、手足などの人体全身の三次元形状データの取得が要求されており、非接触かつ高速な三次元形状計測装置の開発が期待されている。



三次元計測の手法としては、計測対象物に計測の補助となる特定の光や電波等を照射することなく計測を行う受動型のものと、光、音波、電波などを計測対象物に照射し、その情報を利用して計測を行う能動型のものとに分けられる。



これまでに、レーザを用いたパターン光を計測対象物に投影して三次元計測を行う方法が多数提案されており実用化が図られている。しかしながら、レーザ光は人体に悪影響を及ぼす可能性があるため、これらの方法を人体に応用することは難しい。レーザ光の強度をできる限り小さくするなどの改良化がなされた三次元計測方法が、例えば特許文献1などに記載されているが、レーザ光を弱くするとその分撮影時間を長くしなければならず、レーザ総光量は結果的に大きくなってしまう。従って、レーザを使わない人体の三次元計測方法が確立されることが望まれる。



レーザ光を使わない能動型の三次元計測方法による人体形状計測装置の一例が非特許文献1に記載されている。この人体形状計測装置では、時系列空間コード化法を利用しており、ストライプ状の光シャッタ列によって作られた7種のコード化パターン光(グレイコードパターン)を計測対象物に投影し、工学的に物体を分割して三角測量の原理で計測対象物の座標値を算出する。



しかしながら、非特許文献1に記載の人体形状計測装置では、1回の計測で複数回の投影が必要となる。従って、高精度の計測を行うにはかなりの投影回数が必要となる。例えば、非特許文献1の人体形状計測装置に用いられている時系列空間コード化法では、1%の奥行き方向計測精度を向上させるために、少なくとも7回の投影が必要となる。人体計測においては、被験者に計測の最中に長時間の静止状態を維持してもらうことは難しく、できる限り投影回数を減らして三次元計測にかかる時間を短くすることが望まれる。



そこで、上記の問題を解決するために、白黒投影カラー解析手法による三次元計測方法が本発明者らによって考案されている(非特許文献2参照。)。この白黒投影カラー解析手法では、まず、計測対象物に対して白黒系のパターン光を投影する。そして、その反射光強度情報をより多く得るために、デジタル式カメラを用いて投影(観測)されたパターンの光を撮影する。得られたカラー投影パターン光画像の各画素の色チャンネルを解析し、最も強い反射の得られた色チャンネルを該当画素の計測チャンネルとして、強度分布の大きい計算用画像を合成する。この計算用画像から検出された投影パターン光を形成する一つ一つの個別パターン(縞)の強度分布から投影パターン光の方向角を求めて、計測対象物の三次元情報を算出する。



【特許文献1】
特開2003-11430号公報
【非特許文献1】
柴田 進、山内航一郎、西尾裕志、二川貴志、佐藤幸男,第10回画像センシングシンポジウム講演論文集,画像センシング技術研究会,2004年6月9日,p.253-258
【非特許文献2】
長 元気、盧 存偉,“MPCAとOIMP技術の融合によるパターン光投影3次元画像計測の効率向上”,第10回画像センシングシンポジウム講演論文集,画像センシング技術研究会,2004年6月9日,p.53-58

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、物体に所定パターンの光を投影し非接触で三次元情報を計測する三次元計測装置、三次元計測方法および三次元計測プログラムに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
計測対象物に投影する光のパターンであって各縞の強度値がそれぞれ異なる強度値で一定な縞状の光のパターンを形成するパターン形成手段と、
前記計測対象物に前記パターン形成手段により形成されたパターンの光(以下、「パターン光」と称す。)を投影する投影手段と、
前記パターン光が投影された計測対象物を撮像して画像を取得する撮像手段と、
前記画像から前記投影されたパターン光(以下、「投影パターン光」と称す。)を検出する投影パターン光検出手段と、
前記投影パターン光と元のパターン光とを比較して前記投影パターン光の方向角を算出する方向角算出手段と、
前記投影パターン光を周期ごとに分割する分割手段と、
前記周期ごとに分割された投影パターン光の各分割された領域内における計測点の位相値を算出する位相値算出手段と、
前記算出された位相値より計測点の奥行き距離を算出する距離算出手段と、
前記算出された計測点の奥行き距離を用いて前記計測対象物の三次元情報を算出する三次元情報算出手段と
を備える三次元計測装置。

【請求項2】
 
前記パターン形成手段は、前記計測対象物に投影する光のパターンの各縞間の強度値の差の絶対値の合計を最大にするように前記パターン光の縞の強度分布を最適化し最適強度組み合わせパターンを形成するものである請求項1記載の三次元計測装置。

【請求項3】
 
前記投影パターン光検出手段により検出された投影パターン光の強度値を補正する強度値補正手段を備えた請求項1または2に記載の三次元計測装置。

【請求項4】
 
前記撮像手段により取得された画像内の計測対象物の位置を補正する位置補正手段を備えた請求項1から3のいずれかの項に記載の三次元計測装置。

【請求項5】
 
前記三次元情報算出手段は、前記計測対象物の空間座標、距離、角度、面積または体積を算出するものである請求項1から4のいずれかの項に記載の三次元計測装置。

【請求項6】
 
計測対象物に投影する光パターンであって各縞の強度値がそれぞれ異なる強度値で一定な縞状の光のパターンを形成するパターン形成ステップと、
投影手段により前記パターン形成ステップで形成されたパターンの光を前記計測対象物に投影するパターン光投影ステップと、
撮像手段により前記パターン光が投影された計測対象物を撮像して画像を取得する撮像ステップと、
前記画像から前記投影されたパターン光を検出する投影パターン光検出ステップと、
前記投影パターン光と元のパターン光と比較して前記投影パターン光の方向角を算出する方向角算出ステップと、
前記投影パターン光を周期ごとに分割する分割ステップと、
前記周期ごとに分割された投影パターン光の各分割された領域内における計測点の位相値を算出する位相値算出ステップと、
前記算出された位相値より計測点の奥行き距離を算出する距離算出ステップと、
前記算出された計測点の奥行き距離を用いて前記計測対象物の三次元情報を算出する三次元情報算出ステップと
を含む三次元計測方法。

【請求項7】
 
コンピュータを、
計測対象物に投影する光のパターンであって各縞の強度値がそれぞれ異なる強度値で一定な縞状の光のパターンを形成するパターン形成手段と、
前記パターン形成手段により形成されたパターンの光が投影された計測対象物が撮像された画像から前記投影されたパターン光を検出する投影パターン光検出手段と、
前記投影パターン光と元のパターン光とを比較して前記投影パターン光の方向角を算出する方向角算出手段と、
前記投影パターン光を周期ごとに分割する分割手段と、
前記周期ごとに分割された投影パターン光の各分割された領域内における計測点の位相値を算出する位相値算出手段と、
前記算出された位相値より計測点の奥行き距離を算出する距離算出手段と、
前記算出された計測点の奥行き距離を用いて前記計測対象物の三次元情報を算出する三次元情報算出手段と
して機能させるための三次元計測プログラム。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2004336554thum.jpg
State of application right Registered
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