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3次元計測対象物体の表面に計測結果関連情報を投影する方法および装置 コモンズ

国内特許コード P180015081
整理番号 FU785
掲載日 2018年6月13日
出願番号 特願2018-021435
公開番号 特開2019-139030
出願日 平成30年2月8日(2018.2.8)
公開日 令和元年8月22日(2019.8.22)
発明者
  • 藤垣 元治
  • 大津 雅亮
  • 赤塚 優一
  • 原子 淳一
  • 伊藤 将司
出願人
  • 国立大学法人福井大学
  • 菊川工業株式会社
発明の名称 3次元計測対象物体の表面に計測結果関連情報を投影する方法および装置 コモンズ
発明の概要 【課題】3次元計測対象物体の表面に計測結果関連情報を投影する際に、計測対象物の形状・位置・姿勢に応じて、前記計測結果関連情報を前記3次元計測対象物体の表面の正しい位置に投影することが可能な方法および装置を提供する。
【解決手段】プロジェクションマッピング方法は、計測用プロジェクターと物体の表面の位置に対応した輝度値やカラー情報を物体上に投影する投影用プロジェクターと、を備えたプロジェクションマッピング装置において、前記計測用プロジェクターを用いて前記物体の3次元形状を計測し、前記物体の3次元形状を計測して得られた座標情報を元にして、カメラの画素と前記物体の座標情報に対応してプロジェクターの対応座標が格納されているテーブルを参照し、前記カメラの画素に対応する前記投影用プロジェクターの画素の座標を求め、前記投影用プロジェクターの画素から、前記物体の表面の位置に対応した輝度値やカラー情報を前記物体の表面に投影する。
【選択図】図20
従来技術、競合技術の概要

非接触による3次元形状計測は、製造業をはじめ、医療、土木、衣料分野など幅広い需要がある。特に、板金加工品やプレス加工品など、大型の曲面を持つ物体に対しては、非接触で3次元の分布が計測できるパターン投影による3次元計測が短時間で計測・検査が出来る手法として有効である。

実際の検査現場において作業者が3次元計測結果と実物表面の対応関係をつける作業に大きな労力がかかる。例えば、大型の板金加工製品における曲面形状の検査に用いる場合、3次元形状の計測データが得られて、形状の不具合部分が検出されたとしても、検査装置のモニター画面上に表示された不具合部分が、実物上のどの部分であるかを認識する必要がある。特に、凹凸が少ないなど形状に大きな特徴がない物体の場合には、不具合部分が物体のどの部分であるのかを特定することが難しくなる。そのため、物体上の欠陥位置の特定が短時間で行える方法が求められている。

従来手法として、特許文献1に示す装置と手法が開発されている。これは、計測用のカメラと投影用のプロジェクターの光軸を画素単位で合わせるような光学系を作成し、計測結果を表した画像を投影用のプロジェクターから対象物体表面に投影するものである。計測しているカメラ画素と投影用のプロジェクターの画素が1対1で対応している。そのため、カメラの画素ごとに得られる計測結果に対して、同じ画素に投影する輝度値やカラー情報を格納して作成する画像を、投影用のプロジェクターから投影することで、対象物の表面の対応する点ごとに計測結果や評価結果を投影することができる。

特許文献2には、カメラとプロジェクターを用いたパターン投影によって、対象となる3次元物体の3次元計測を行い、得られた点群データを元にして、投影パターンの幾何学的変形処理を行う映像投影の方法が示されている。

また、3次元物体に対するプロジェクションマッピングの技術においては、建物などの固定された物体に対するものだけでなく、動的に変化するものに対してプロジェクションマッピングを行う手法も提案されている。例えば、非特許文献1には、3次元計測で得られた点群データを元にして対象物体の位置と向きを推定し、それに応じて投影パターンを求める映像投影の方法が示されている。

産業上の利用分野

本発明は、3次元計測対象物体の表面に投影する方法および装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
計測用プロジェクターと物体の表面の位置に対応した輝度値やカラー情報を物体上に投影する投影用プロジェクターと前記計測用プロジェクターから投影された格子パターンを撮影するカメラと、を備えたプロジェクションマッピング装置において、
前記計測用プロジェクターを用いて前記物体の3次元形状を計測する第1ステップと、
前記第1ステップより前記物体の3次元形状を計測して得られた座標情報を元にして、カメラの画素と前記物体の座標情報に対応してプロジェクターの対応座標が格納されているテーブルを参照する第2ステップと、
前記第2ステップにより、前記カメラの画素に対応する前記投影用プロジェクターの画素の座標を求める第3ステップと、
前記第3ステップにより求められた、前記投影用プロジェクターの画素から、前記物体の表面の位置に対応した輝度値やカラー情報を前記物体の表面に投影する第4ステップと、を含むプロジェクションマッピング方法。

【請求項2】
計測用プロジェクターと物体の表面の位置に対応した輝度値やカラー情報を物体上に投影する投影用プロジェクターと前記計測用プロジェクターから投影された格子パターンを撮影するカメラと、を備えたプロジェクションマッピング装置において、
前記計測用プロジェクターを用いて前記物体の3次元形状を計測する3次元形状計測手段と、
前記3次元形状測定手段により前記物体の3次元形状を計測して得られた座標情報を元にして、前記カメラの画素と前記物体の座標情報に対応してプロジェクターの対応座標が格納されているテーブルを参照する参照手段と、
前記参照手段により、前記カメラの画素に対応する前記投影用プロジェクターの画素の座標を求める画素情報取得手段と、
前記画素情報取得手段により求められた、前記投影用プロジェクターの画素から、前記物体の表面の位置に対応した輝度値やカラー情報を前記物体の表面に投影する投影手段を備えた、プロジェクションマッピング装置。

【請求項3】
前記計測用プロジェクターは非可視光を用いる、請求項2に記載のプロジェクションマッピング装置。

【請求項4】
前記カメラの任意の画素の近傍の画素に対応する投影画像データを用いて補間を行なう手段および前記カメラで撮影された画像に対して、前記投影画像データを増やす処理を行う手段のうちの少なくとも一方を更に備えた、請求項2または3に記載のプロジェクションマッピング装置。

【請求項5】
物体の表面の位置に対応した輝度値やカラー情報を物体上に投影するプロジェクション装置において、
前記物体の3次元形状を計測して得られた座標情報を元にして、カメラの画素と前記物体の座標情報に対応してプロジェクターの対応座標が格納されているテーブルを参照することによって、前記カメラの画素に対応する前記プロジェクターの対応画素の座標を求める方法。

【請求項6】
前記請求項5を実現するためのキャリブレーション方法。

【請求項7】
前記請求項5を実現するための装置。

【請求項8】
前記請求項5を実電するためのキャリブレーション装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2018021435thum.jpg
出願権利状態 公開
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