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THREE-DIMENSIONAL SHAPE MEASURING APPARATUS AND THREE-DIMENSIONAL SHAPE MEASURING METHOD

Patent code P180014791
File No. S2016-0829-N0
Posted date Jan 24, 2018
Application number P2016-113925
Publication number P2017-217215A
Date of filing Jun 7, 2016
Date of publication of application Dec 14, 2017
Inventor
  • (In Japanese)古川 亮
  • (In Japanese)川崎 洋
Applicant
  • (In Japanese)公立大学法人広島市立大学
  • (In Japanese)国立大学法人鹿児島大学
Title THREE-DIMENSIONAL SHAPE MEASURING APPARATUS AND THREE-DIMENSIONAL SHAPE MEASURING METHOD
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To stably measure a three-dimensional shape of a measurement object or a size of the object.
SOLUTION: A two-dimensional pattern composed of a graph comprising nodes and edges distinguishable by connection states of line segments is projected onto a measurement object, and an image of the pattern projected onto the measurement object is captured. Regarding the captured image and the two-dimensional pattern, a correspondence calculation unit 52A selects a node as a candidate for a corresponding solution based on the epipolar constraint with respect to the captured image and the measurement pattern, resolves errors of the pattern contained in the image based on connection states of graphs between candidates for the solution, and obtains a correct corresponding solution (corresponding node) from the candidates for the solution. As described above, a shape output unit 52B calculates and outputs a three-dimensional shape of the measurement object from the corresponding solution (corresponding node) by stereo processing (light cutting method).
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

従来より、体腔内の管腔に長尺状の内視鏡挿入部を挿入し、計測対象の診断や処理を行うことができる内視鏡が用いられている(例えば、特許文献1参照)。内視鏡による診断では、計測対象としての腫瘍などの病変の形状や大きさを計測することが治療方法を選択する上で特に重要である。内視鏡メジャーや、目視による測定では、時間を要したり、人的要因による推定誤差が生じる可能性がある。

そこで、観察部位の形状と大きさを計測するために、三角測量の原理で3次元形状を計測するアクティブステレオ法に基づいた3次元内視鏡システムが開発されている(例えば、非特許文献1参照)。このシステムでは、計測対象上に結像するパターン像の撮像結果に基づいて観察部位の3次元形状等が計測される。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、3次元形状計測装置及び3次元形状計測方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
線分の接続状態又はパターンの対称性によって区別可能な特徴を有するノードとエッジから成るグラフから構成される2次元パターンを計測対象に投光する投光部と、
前記計測対象に投光されたパターンを撮像する撮像部と、
前記撮像された画像と前記2次元パターンについて、エピポーラ拘束に基づいて互いに対応するノードの解の候補を選択し、前記解の候補同士のグラフでの接続状態に基づいて、前記画像に含まれるパターンの誤りを解消し前記解の候補の中から正しい対応の解を得る対応計算部と、
前記対応の解に基づいてステレオ処理により前記計測対象の3次元形状を算出して出力する形状出力部と、
を備える3次元形状計測装置。

【請求項2】
 
前記対応計算部は、
前記2次元パターンのグラフの部分グラフにおけるパターンマッチングを行って、前記画像に含まれるノードと、前記2次元パターンにおけるノードとを対応付けることで、前記対応の解の候補を削減する、
請求項1に記載の3次元形状計測装置。

【請求項3】
 
前記2次元パターンは、縦横の線分からなり、縦直線に接続する左右の横線分の段差によって前記各ノードが特徴を持つグラフ構造のパターンである、
請求項2に記載の3次元形状計測装置。

【請求項4】
 
前記2次元パターンは、局所的に回転対称あるいは線対称な特徴があり、前記特徴の配置によって前記グラフのノードあるいはエッジが表されたパターンである、
請求項1または2に記載の3次元形状計測装置。

【請求項5】
 
前記対応計算部は、
前記パターンマッチングの一致度をデータ項とし、グラフの接続関係を平滑化項とすることで、マルコフ確率場モデル(MRF)最適化により対応点を算出する、
請求項2から4のいずれか一項に記載の3次元形状計測装置。

【請求項6】
 
前記対応計算部は、
前記部分グラフのノードについて、前記パターンマッチングの一致度が閾値より高い場合に投票を行うことで、前記対応の解の候補から正しい対応点を得る、
請求項2に記載の3次元形状計測装置。

【請求項7】
 
前記対応計算部は、
前記部分グラフを複数用意し、それぞれの部分グラフでの投票を繰り返した合計得票数によって前記対応の解を決定する、
請求項6に記載の3次元形状計測装置。

【請求項8】
 
前記形状出力部は、
前記対応の解に基づく前記線分の対応関係から、光切断法を用いて前記3次元形状を算出する、
請求項1から7のいずれか一項に記載の3次元形状計測装置。

【請求項9】
 
前記2次元パターンに含まれる前記線分の連なりが、
曲線状に配置される、
請求項1から8のいずれか一項に記載の3次元形状計測装置。

【請求項10】
 
前記2次元パターンは、
回折光学素子によるレーザ光の回折により前記計測対象上に形成される、
請求項1から9のいずれか一項に記載の3次元形状計測装置。

【請求項11】
 
前記投光部が、内視鏡に組み込まれている、
請求項1から10のいずれか一項に記載の3次元形状計測装置。

【請求項12】
 
異なる方向から計測された、計測対象の複数の3次元形状のデータが得られた場合に、
前記複数の3次元形状のデータのうち、第1のデータを構成する第1の線分と、前記第1のデータとは別の第2のデータを構成する、前記第1の線分とは方向の異なる第2の線分との間のずれを最小にするような、回転及び併進の補正量を算出する算出部と、
前記算出部で算出された回転及び並進の補正量によって、前記第1のデータと前記第2のデータのズレを補正した形状を出力する出力部と、
を備える、
請求項1に記載の3次元形状計測装置。

【請求項13】
 
線分の接続状態又はパターンの対称性によって区別可能な特徴を有するノードとエッジから成るグラフから構成される2次元パターンを計測対象に投光し、前記計測対象に投光されたパターンを撮像するパターン撮像ステップと、
前記撮像された画像と前記2次元パターンについて、エピポーラ拘束に基づいて互いに対応するノードの解の候補を選択し、前記解の候補同士のグラフの接続状態に基づいて、前記画像に含まれるパターンの誤りを解消し前記解の候補の中から正しい対応の解を得る対応計算ステップと、
前記対応の解に基づいてステレオ処理により前記計測対象の3次元形状を算出して出力する形状出力ステップと、
を含む3次元形状計測方法。

【請求項14】
 
異なる方向から計測された、計測対象の複数の3次元形状のデータが得られた場合に、前記複数の3次元形状のデータのうち、第1のデータを構成する第1の線分と、前記第1のデータとは別の第2のデータを構成する、前記第1の線分とは方向の異なる第2の線分との間のずれを最小にするような、回転及び併進の補正量を算出する算出ステップと、
前記算出ステップで算出された回転及び並進の補正量によって、前記第1のデータと前記第2のデータのズレを補正した形状を出力する出力ステップと、
を含む請求項13に記載の3次元形状計測方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2016113925thum.jpg
State of application right Published
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