JP2008032609A - Three-dimensional shape measuring apparatus and three-dimensional shape measuring method - Google Patents
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Abstract
【課題】被測定物体の反射率の影響を受けず、縞パターン光の各縞が分離しやすく、かつ計算誤差の小さい三次元形状測定装置及びその方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の三次元形状測定装置は、高輝縞301と、高輝縞301より輝度の低い低輝縞302とが交互に位置する縞パターン光を被測定物体2に投影する投影手段3と、被測定物体2にあたった縞パターン光の反射を受像し画像データを出力するカメラ4と、画像データから三次元座標データを生成する計算機5と、を有する三次元形状測定装置1において、投影手段3は、レーザー光30を出力する光源31と、レーザー光30を所定の大きさに広げる拡大手段32と、拡大手段32で広げられたレーザー光30を縞パターン光に成形する縞パターン成形手段33と、を有することを特徴とする。
【選択図】図1An object of the present invention is to provide a three-dimensional shape measuring apparatus and method thereof that are not affected by the reflectance of an object to be measured, and that each fringe of the fringe pattern light can be easily separated and the calculation error is small.
A three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention projects a fringe pattern light in which high bright stripes 301 and low bright stripes 302 having lower luminance than the high bright stripes 301 are alternately positioned onto a measurement object 2. A three-dimensional shape measuring apparatus 1 having a camera 4 that receives reflection of the fringe pattern light hitting the object to be measured 2 and outputs image data, and a computer 5 that generates three-dimensional coordinate data from the image data. The projection unit 3 includes a light source 31 that outputs a laser beam 30, an enlarging unit 32 that expands the laser beam 30 to a predetermined size, and a fringe pattern forming that molds the laser beam 30 spread by the enlarging unit 32 into a fringe pattern light. And means 33.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、2値の縞パターン光を被測定物体に投影し、投影された被測定物体を撮影した画像データから被測定物体の三次元形状を測定する装置及びその方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and a method for measuring a three-dimensional shape of an object to be measured from image data obtained by projecting a binary stripe pattern light onto the object to be measured and photographing the projected object to be measured.
人体や物体(被測定物体)の立体形状を数量化して把握する技術の1つに、三次元計測法がある。三次元計測法には、接触式と非接触式とがある。接触式は、探査用の電極(探針)を直接、被測定物体に接触させて、三次元形状を測定する方法である。非接触式には、能動的計測と受動的計測とがある。 One technique for quantifying and grasping the three-dimensional shape of a human body or an object (object to be measured) is a three-dimensional measurement method. Three-dimensional measurement methods include a contact type and a non-contact type. The contact method is a method of measuring a three-dimensional shape by directly contacting an object for measurement (probe) with an object to be measured. Non-contact type includes active measurement and passive measurement.
能動的計測の代表的な技術にパターン投影法がある。スリット等の特殊なパターン光源を用いて、被測定物体表面パターンの幾何学的変形等の画像情報により被測定物体の形状を推定する。受動的計測の代表的な技術として、2台のカメラを用いたステレオ視により被測定物体の特徴点を照合して三角測量の原理で三次元形状の情報を取得する方法がある。 A typical technique for active measurement is a pattern projection method. Using a special pattern light source such as a slit, the shape of the object to be measured is estimated from image information such as geometric deformation of the surface pattern of the object to be measured. As a representative technique of passive measurement, there is a method of collating feature points of an object to be measured by stereo vision using two cameras and acquiring three-dimensional shape information based on the principle of triangulation.
パターン投影法は、被測定物体にパターン光を投影し、パターン光を投影した位置とは異なる位置からパターン光が投影されている被測定物体を撮影する方法である。撮影されたパターン光の像は、被測定物体の形状によって変形しており、この像と投影したパターン光とを対応付けすることにより、被測定物体の三次元形状を測定する。具体的は計測手法としては、光切断法や空間コード化法がある。光切断法は、一本のスリット光を被測定物体に投影し、そのスリット光を被測定物体に走査させながらカメラで撮影し、三角測量の原理で三次元形状の情報を取得する方法である。この方法は各時刻毎に逐次カメラで撮影し、スリット光が走査し終えるまでこれを繰り返さなければならないので、時間がかかる。空間コード化法は、空間解像度の違う2値の縞パターンを複数枚用意し、これを順番に被測定物体に投影することにより、光切断法のスリット光の走査を省き、短時間で被測定物体の三次元形状の情報を取得する方法である。更には、2値の縞パターンを複数枚用意し枚数回の投影と撮影とを行うのではなく、多値の縞パターン光を一枚用意する方法が考えられている。例えば、特許文献1の発明は5種類の階調(輝度)を有する縞パターン光を被測定物体に投影する。空間コード化法では、パターン光を被測定物体に投影し撮影された各縞がそれぞれはっきりと分離できなければ、被測定物体の空間を特定することができにくくなる。そのため、特許文献1の発明では各縞の境界部分のエッジを強調した縞パターン光を投影する。また、特許文献2では、縞パターン光の階調を増やした場合、隣り合う縞の階調差が小さくならないように縞を配置する方法が提案されている。
The pattern projection method is a method of projecting pattern light onto a measured object and photographing the measured object on which the pattern light is projected from a position different from the position where the pattern light is projected. The photographed pattern light image is deformed depending on the shape of the object to be measured, and the three-dimensional shape of the object to be measured is measured by associating this image with the projected pattern light. Specifically, there are a light cutting method and a spatial coding method as a measuring method. The light cutting method is a method in which a single slit light is projected onto an object to be measured, and the slit light is scanned with the object to be measured and photographed with a camera, and three-dimensional shape information is acquired based on the principle of triangulation. . This method takes time because it is necessary to sequentially shoot with a camera at each time and repeat this until the slit light has been scanned. The spatial coding method prepares multiple binary stripe patterns with different spatial resolutions and projects them sequentially onto the object to be measured. This is a method for acquiring information on the three-dimensional shape of an object. Furthermore, a method of preparing a single multi-valued stripe pattern light instead of preparing a plurality of binary stripe patterns and performing projection and photographing a number of times is considered. For example, the invention of
しかし、輝度を多値に変化させた場合、被測定物体の反射率等の影響を受けやすい。被測定物体の表面が黒っぽい又は金属面でてかっていると縞がはっきりとカメラで撮影できない場合がある。特許文献1の発明では、黒っぽい被測定物体では有効であるが、金属面では縞パターンのエッジ部分が明るすぎるため、縞パターンが分離できなくなる可能性がある。特許文献2の発明では、縞パターン間の強度差があるため分離しやすいが、被測定物体の表面状態によって、縞パターンが正確に認識されず、誤分離が発生する可能性がある。
However, when the luminance is changed to multiple values, it is easily affected by the reflectance of the measured object. If the surface of the object to be measured is dark or has a metallic surface, the stripes may not be clearly captured by the camera. The invention of
能動的計測の別の技術として、光干渉法が知られている。レーザー光を干渉させ同心円状の縞パターン光を発生させ、被測定物体に投影し撮影された画像から三次元形状の情報を取得する方法について、特許文献3で提案されている。投影平面に形成される同心円が円中心から外周部にいたるまで、ピッチが全て同じで、ピッチは距離に比例する。従って、同心円の曲率から同心円の円中心を算出でき、ピッチからレーザー光の光源までの光軸上の距離を計算することで、被測定物体の三次元形状の測定が行われる。
上述した特許文献3の発明では、レーザーとフィルタを用いているため、被測定物体の表面が上記状態でも良好な縞パターンを撮影することができる。しかし、撮影した縞パターンは同心円状になっているため、曲率の変化から三次元座標を計算しなければならず、これは計算誤差が大きくなる方法である。
In the invention of
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、被測定物体の反射率の影響を受けず、縞パターン光の各縞が分離しやすく、かつ計算誤差の小さい三次元形状測定装置及びその方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is a three-dimensional shape measuring apparatus and method thereof that are not affected by the reflectance of an object to be measured, each fringe of the fringe pattern light is easily separated, and the calculation error is small. The purpose is to provide.
本発明の三次元形状測定装置は、高輝縞と、該高輝縞より輝度の低い低輝縞とが交互に位置する縞パターン光を被測定物体に投影する投影手段と、該被測定物体にあたった該縞パターン光の反射を受像し画像データを出力するカメラと、該画像データから三次元座標データを生成する計算機と、を有する三次元形状測定装置において、前記投影手段は、レーザー光を出力する光源と、該レーザー光を所定の大きさに広げる拡大手段と、該拡大手段で広げられた該レーザー光を前記縞パターン光に成形する縞パターン成形手段と、を有することを特徴とする。 The three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention projects a fringe pattern light in which high bright stripes and low bright stripes having lower luminance than the high bright stripes are alternately positioned on the object to be measured, and the object to be measured. In the three-dimensional shape measuring apparatus having a camera that receives the reflection of the fringe pattern light and outputs image data, and a computer that generates three-dimensional coordinate data from the image data, the projection means outputs laser light. And a fringe pattern forming means for shaping the laser light spread by the enlarging means into the fringe pattern light.
本発明の三次元形状測定装置は、被測定物体にレーザー光で作られた2値の縞パターン光を投影し、その反射をカメラで受像し画像データを取得する。そして、取得された画像データから計算機が三次元座標データを生成する。レーザー光は、一直線に拡散する光のため被測定物体全体を照射することができる大きさに拡大手段によって拡大される。そして、拡大されたレーザー光を2値の縞パターン光にするために縞パターン成形手段で成形して、被測定物体に投影する。 The three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention projects binary stripe pattern light made of laser light onto an object to be measured, receives the reflection with a camera, and acquires image data. Then, the computer generates three-dimensional coordinate data from the acquired image data. The laser beam is magnified by the magnifying means to a size that can irradiate the entire object to be measured because the light diffuses in a straight line. Then, the enlarged laser beam is shaped by a fringe pattern shaping unit to be a binary fringe pattern light, and projected onto the object to be measured.
本発明の三次元形状測定装置では、被測定物体に投影する縞パターンが、レーザー光を使用することにより、被測定物体の表面の色、模様や反射率等に影響を受けず、輝度の高い高輝縞と輝度の低い低輝縞とではっきり区別される。よって、計算機で解析しやすい画像データを取得でき、高精度の三次元座標データを生成することができる。また、レーザー光は、室内の照明や屋外の自然光等の影響も受けにくいため、プロジェクターを使用する場合のように、屋内を暗くする必要がなく、屋外にあるものを被測定物体として三次元形状を測定することもできる。 In the three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention, the fringe pattern projected onto the object to be measured is not affected by the color, pattern, reflectance, etc. of the surface of the object to be measured by using laser light, and has high brightness. A distinction is made between high brightness stripes and low brightness low brightness stripes. Therefore, image data that can be easily analyzed by a computer can be acquired, and highly accurate three-dimensional coordinate data can be generated. In addition, since laser light is not easily affected by indoor lighting or outdoor natural light, there is no need to darken indoors as in the case of projectors. Can also be measured.
本発明の三次元形状測定装置で用いられるカメラは、可視光を遮断しレーザー光を透過するフィルタを有することが好ましい。被測定物体にあたって反射したレーザー光だけをカメラで受像することで、レーザー光の縞パターンがはっきりした画像データを得ることができる。 The camera used in the three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention preferably has a filter that blocks visible light and transmits laser light. By receiving only the laser beam reflected on the object to be measured with a camera, image data with a clear stripe pattern of the laser beam can be obtained.
本発明の三次元形状測定装置で用いられる縞パターン成形手段は、回折光学素子であることが好ましい。回折光学素子は、回折現象により光をコントロールして光を集光することができるため、レーザー光を縞模様に集光することで縞パターン光を簡単に作成することができる。この回折光学素子の1つにフレネルレンズ又はバイナリレンズがあり、フレネルレンズ又はバイナリレンズを用いることで、レーザー光を交互に集光した縞パターン光を簡単に生成することができる高輝縞と低輝縞とは、レーザー光が集光しているか集光していないかであるため、境界がはっきり区分でき、解析しやすい被測定物体の画像データを得ることができる。 The fringe pattern forming means used in the three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention is preferably a diffractive optical element. Since the diffractive optical element can condense the light by controlling the light by the diffraction phenomenon, the fringe pattern light can be easily created by condensing the laser light into the stripe pattern. One of the diffractive optical elements is a Fresnel lens or a binary lens. By using a Fresnel lens or a binary lens, it is possible to easily generate a fringe pattern light obtained by alternately condensing laser light. Since the fringe is whether the laser beam is condensed or not condensed, the boundary can be clearly divided, and image data of the measured object that can be easily analyzed can be obtained.
本発明の三次元形状測定装置で用いられる縞パターン成形手段は、レーザー光を直線状の縞パターン光に成形するものであることが好ましい。レーザー光は、一直線に拡散するため、例えば直線状に平行にスリットの入ったものを用いることでレーザー光が通過する部分とレーザー光が遮断される部分とで区切りのはっきりした縞パターンを作成することができる。スリットの入ったマスクは、簡単に作成することができるため、手間も費用もかからず好適な縞パターン光を投影することができる三次元測定装置を提供することができる。 The fringe pattern forming means used in the three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention preferably forms laser light into a linear stripe pattern light. Because laser light diffuses in a straight line, for example, by using a straight slit in parallel, create a stripe pattern with a clear separation between the part where the laser light passes and the part where the laser light is blocked be able to. Since a mask having slits can be easily produced, it is possible to provide a three-dimensional measuring apparatus capable of projecting a suitable fringe pattern light without labor and cost.
本発明の三次元形状測定方法は、レーザー光を出力する光出力工程と、該レーザー光を所定の大きさに広げる拡大工程と、拡大された該レーザー光を高輝縞と、該高輝縞より輝度の低い低輝縞とが交互に位置する縞パターンに成形する縞パターン成形工程と、該縞パターンに成形されたレーザー光を被測定物体に投影手段で投影する投影工程と、該被測定物体にあたった該縞パターンに成形されたレーザー光の反射をカメラが受像し、受像した画像データの信号を出力する受像工程と、該画像データの信号を受信し記憶手段に記憶する記憶工程と、該画像データから三次元座標データを生成する三次元座標データ生成工程と、を有することを特徴とする。 The three-dimensional shape measuring method of the present invention includes a light output step for outputting laser light, an enlargement step for expanding the laser light to a predetermined size, a high brightness fringe for the enlarged laser light, and a brightness higher than the high brightness fringe. A fringe pattern forming step for forming a fringe pattern in which low-low fringe fringes are alternately positioned, a projecting step for projecting laser light shaped into the fringe pattern onto the object to be measured by the projecting means, and the object to be measured The camera receives the reflection of the laser beam formed into the stripe pattern hit, and receives the image data signal received, the storage step for receiving the image data signal and storing it in the storage means, And a three-dimensional coordinate data generation step for generating three-dimensional coordinate data from the image data.
本発明の三次元形状測定方法は、被測定物体にレーザー光で作られた2値の縞パターン光を投影し、その反射をカメラで受像し画像データを取得する。そして、取得された画像データから三次元座標データを生成する。レーザー光は、一直線に拡散する光のため被測定物体全体を照射することができる大きさに拡大工程で拡大される。そして、拡大されたレーザー光を縞パターン成形工程で2値の縞パターン光に成形して、被測定物体に投影する。 The three-dimensional shape measuring method of the present invention projects binary stripe pattern light made of laser light onto an object to be measured, receives the reflection with a camera, and acquires image data. Then, three-dimensional coordinate data is generated from the acquired image data. The laser beam is expanded in an expansion process to a size that can irradiate the entire object to be measured because the light diffuses in a straight line. Then, the enlarged laser beam is formed into a binary stripe pattern light in a stripe pattern forming step and projected onto the object to be measured.
本発明の三次元形状測定方法では、被測定物体に投影する縞パターンが、レーザー光を使用することにより、被測定物体の表面の色、模様や反射率等に影響を受けず、輝度の高い高輝縞と輝度の低い低輝縞とではっきり区別される。よって、計算機で解析しやすい画像データを取得でき、高精度の三次元座標データを生成することができる。また、レーザー光は、室内の照明や屋外の自然光等の影響も受けにくいため、プロジェクターを使用する場合のように、屋内を暗くする必要がなく、屋外にあるものを被測定物体として三次元形状を測定することもできる。 In the three-dimensional shape measuring method of the present invention, the fringe pattern projected onto the object to be measured is not affected by the color, pattern, reflectance, etc. of the surface of the object to be measured by using laser light, and has high brightness. A distinction is made between high brightness stripes and low brightness low brightness stripes. Therefore, image data that can be easily analyzed by a computer can be acquired, and highly accurate three-dimensional coordinate data can be generated. In addition, since laser light is not easily affected by indoor lighting or outdoor natural light, there is no need to darken indoors as in the case of projectors. Can also be measured.
本発明の三次元形状測定方法で用いられるカメラは、可視光を遮断しレーザー光を透過するフィルタを有することが好ましい。被測定物体にあたって反射したレーザー光だけをカメラで受像することで、レーザー光の縞パターンがはっきりした画像データを得ることができる。 The camera used in the three-dimensional shape measurement method of the present invention preferably has a filter that blocks visible light and transmits laser light. By receiving only the laser beam reflected on the object to be measured with a camera, image data with a clear stripe pattern of the laser beam can be obtained.
本発明の三次元形状測定方法で用いられる縞パターン成形工程は、回折光学素子で縞パターンを成形することが好ましい。回折光学素子は、回折現象により光をコントロールして光を集光することができるため、レーザー光を縞模様に集光することで縞パターン光を簡単に作成することができる。この回折光学素子の1つにフレネルレンズ又はバイナリレンズがあり、フレネルレンズ又はバイナリレンズを用いることで、レーザー光を交互に集光した縞パターン光を簡単に生成することができる高輝縞と低輝縞とは、レーザー光が集光しているか集光していないかであるため、境界がはっきり区分でき、解析しやすい被測定物体の画像データを得ることができる。 The fringe pattern forming step used in the three-dimensional shape measuring method of the present invention preferably forms a fringe pattern with a diffractive optical element. Since the diffractive optical element can condense the light by controlling the light by the diffraction phenomenon, the fringe pattern light can be easily created by condensing the laser light into the stripe pattern. One of the diffractive optical elements is a Fresnel lens or a binary lens. By using a Fresnel lens or a binary lens, it is possible to easily generate a fringe pattern light obtained by alternately condensing laser light. Since the fringe is whether the laser beam is condensed or not condensed, the boundary can be clearly divided, and image data of the measured object that can be easily analyzed can be obtained.
本発明の三次元形状測定方法で用いられる縞パターン成形工程は、レーザー光を直線状の縞パターン光に成形するものであることが好ましい。レーザー光は、一直線に拡散するため、例えば直線状に平行にスリットの入ったものを用いることでレーザー光が通過する部分とレーザー光が遮断される部分とで区切りのはっきりした縞パターンを作成することができる。スリットの入ったマスクは、簡単に作成することができるため、手間も費用もかからず好適な縞パターン光を投影することができる三次元測定方法を提供することができる。 The fringe pattern forming step used in the three-dimensional shape measuring method of the present invention is preferably one that forms laser light into a linear stripe pattern light. Because laser light diffuses in a straight line, for example, by using a straight slit in parallel, create a stripe pattern with a clear separation between the part where the laser light passes and the part where the laser light is blocked be able to. Since a mask having slits can be easily produced, it is possible to provide a three-dimensional measurement method capable of projecting a suitable fringe pattern light without labor and cost.
本発明の三次元形状測定装置及び三次元形状測定方法によれば、被測定物体に投影する縞パターンが、レーザー光を使用することにより、被測定物体の表面の色、模様や反射率等に影響を受けず、高輝縞と高輝縞より輝度の低い低輝縞とではっきり区別される。よって、計算機で解析しやすい画像データを取得でき、高精度の三次元座標データを生成することができる。また、レーザー光は、室内の照明や屋外の自然光等の影響も受けにくいため、プロジェクターを使用する場合のように、屋内を暗くする必要がなく、屋外にあるものを被測定物体として三次元形状を測定することもできる。カメラは、可視光を遮断しレーザー光を透過するフィルタを有することで、レーザー光の縞パターンがはっきりした画像データを取得することができる。 According to the three-dimensional shape measuring apparatus and the three-dimensional shape measuring method of the present invention, the fringe pattern projected on the object to be measured is changed to the surface color, pattern, reflectance, etc. of the object to be measured by using laser light. It is not affected and is clearly distinguished by a high brightness stripe and a low brightness stripe having a lower luminance than the high brightness stripe. Therefore, image data that can be easily analyzed by a computer can be acquired, and highly accurate three-dimensional coordinate data can be generated. In addition, since laser light is not easily affected by indoor lighting or outdoor natural light, there is no need to darken indoors as in the case of projectors. Can also be measured. The camera has a filter that blocks visible light and transmits laser light, so that image data with a clear stripe pattern of the laser light can be acquired.
そして、縞パターンは、回折光学素子を用いることで、回折現象で光をコントロールし、レーザー光を集光する部分と集光しない部分とに回折して、縞模様を作成することができる。この回折光学素子の1つにフレネルレンズ又はバイナリレンズがあり、フレネルレンズ又はバイナリレンズを用いることで、レーザー光を交互に集光した縞パターン光を簡単に生成することができるレーザー光とフレネルレンズ又はバイナリレンズとによれば、レーザー光の集光している部分と集光してない部分とがはっきりと分離するため、縞のはっきりしたパターン光が投影された被測定物体の画像データを取得することができる。 By using a diffractive optical element, the fringe pattern can be diffracted into a portion where the laser light is condensed and a portion where the laser light is not condensed, thereby creating a fringe pattern. One of the diffractive optical elements is a Fresnel lens or a binary lens. By using a Fresnel lens or a binary lens, a laser beam and a Fresnel lens that can easily generate fringe pattern light obtained by alternately condensing laser light. Or, according to the binary lens, the part where the laser beam is focused and the part that is not focused are clearly separated, so the image data of the object to be measured on which the pattern light with clear stripes is projected is acquired. can do.
または、レーザー光は一直線に拡散するため、スリットの入ったマスクを用いて縞模様を作ることができる。レーザー光は、スリットの部分だけ光が通過し拡散することがないため、レーザー光が投影される部分とレーザー光が遮断された部分とで区切りのはっきりした縞パターンを作成することができる。スリットの入ったマスクは、簡単に作成することができるため、手間も費用もかからず好適な縞パターン光を投影することができる三次元測定装置及びその方法を提供することができる。 Alternatively, since the laser light is diffused in a straight line, a striped pattern can be formed using a mask having slits. Since the laser light passes through only the slit portion and does not diffuse, a stripe pattern with a clear separation between the portion where the laser light is projected and the portion where the laser light is blocked can be created. Since a mask having slits can be easily produced, it is possible to provide a three-dimensional measuring apparatus and method capable of projecting a suitable fringe pattern light without labor and cost.
以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
(実施例)
本実施例の三次元形状測定装置の構成を図1に示す。
(Example)
The configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus of this embodiment is shown in FIG.
本実施例の三次元形状測定装置1は、輝度の高い高輝縞301と高輝縞301より輝度の低い低輝縞302とが交互に位置する縞パターン光を被測定物体2に投影する投影手段3と、被測定物体2にあたった縞パターン光の反射を受像し画像データを出力するカメラ4と、画像データから三次元座標データを生成する計算機5とからなる。
The three-dimensional
投影手段3は、図2に示すように、レーザー光30を出力する光源31と、レーザー光30を所定の大きさに広げる拡大手段32と、拡大手段32で広げられたレーザー光30を縞パターン光に成形する縞パターン成形手段33とからなり、計算機5により制御が行われる。レーザー光30は、光源31の1点から一直線に拡散する赤外光又は紫外光の単色光を用いる。拡大手段32は、光源31から発振された一直線のレーザー光30を四角く拡大成形するコリメートレンズを用いる。縞パターン成形手段33は、図3に示すように、レーザー光30を縞模様になるようにコントロールすることができるフレネルレンズを用いる。フレネルレンズは、レンズの表面形状が半円形状部331と円形状部332とが交互に配置されている。投影手段3は、半円形状部331と円形状部332との交互の組み合わせをNパターン分の縞パターン成形手段33をもっており、これらを切り換えることにより、図4に示すように、2のN乗の縞パターン光を投影することができる。
As shown in FIG. 2, the
カメラ4は、投影手段3とは別の位置から物体の映像を撮影できる場所に配置され、カメラ本体41と被測定物体2との間に可視光を遮断しレーザー光30を透過するフィルタ42を有している。カメラ本体41は、デジタルカメラを用いて、フィルタ42を通過した被測定物体2の反射を受像し、その画像データを計算機5に出力する。
The camera 4 is arranged in a place where an image of an object can be taken from a position different from the
計算機5は、カメラ4が出力した画像データを保存する記憶装置51と、保存された画像データから被測定物体2の三次元座標データを生成する三次元座標データ生成手段52とを有する。
The
本実施例の三次元形状測定装置1は、投影手段3で高輝縞301と低輝縞302とが交互に配置された光の縞模様となる縞パターン光を被測定物体2に投影し、その反射をカメラ5で受像し、受像された画像データを計算機5で計算して三次元座標データを生成する。本実施例の三次元形状測定装置1で用いられる三次元形状測定方法をフローチャートで示したものが図4である。三次元形状測定方法は、三次元形状測定装置1が起動後、所定期間中に所定時間毎に実行されるものである。
The three-dimensional
三次元形状測定方法の処理開始後、投影手段3は高輝縞301と低輝縞302とが1つずつの縞パターン光(n=1)が作成できる縞パターン成形手段33をセットし、光源31からレーザー光30を発振する(光出力工程S1)。レーザー光30は、拡大手段32(拡大工程S2)、縞パターン成形手段33(縞パターン成形工程S3)を通過し、被測定物体2に縞パターン光が投影される(投影工程S4)。カメラ5は、被測定物体2に反射したレーザー光30の縞パターン光を受像し、計算機5に受像した画像データを出力し(受像工程S5)、計算機5は画像データを記憶手段(図示せず)に記憶する(記憶工程S6)。計算機5は、投影手段3に次の縞パターン光(n=2)を作成することができる縞パターン成形手段33をセットすることを命令し、光出力工程S1へと戻る。N枚の縞パターン成形手段33について、すべての画像データを取得できるまで、S1からS5を繰り返す(S7)。
After the start of the processing of the three-dimensional shape measurement method, the
次に、計算機5は三次元座標データ生成工程で、記憶手段に記憶されたnパターン分の画像データから空間コード化法でコード化像を生成し(S8)、コード化像から光切断法で三次元座標データを計算する(S9)。
Next, in the three-dimensional coordinate data generation step, the
本実施例の三次元形状測定装置1及び三次元形状測定方法によれば、被測定物体2に投影する縞パターンが、レーザー光30を使用することにより、被測定物体2の表面の色、模様や反射率等に影響を受けず、輝度の高い高輝縞301の縞と輝度の低い低輝縞302の縞とではっきり区別される。これにより、計算機で解析しやすい画像データを取得でき、高精度の三次元座標データを生成することができる。また、レーザー光30は、室内の照明や屋外の自然光等の影響も受けにくいため、プロジェクターを使用する場合のように、屋内を暗くする必要がなく、屋外にあるものを被測定物体2として三次元形状を測定することもできる。そして、縞パターンは、フレネルレンズを用いることで、回折現象で光をコントロールし、レーザー光を集光する部分と集光しない部分とに回折して、縞模様を簡単に作成することができる。
According to the three-dimensional
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されているものではない。例えば、縞パターン成形手段33はフレネルレンズ以外にバイナリレンズなどの回折光学素子又はスリットの入ったマスクとすることができる。また、拡大手段32は円形を四角形に拡大成形するコリメートレンズではなく、被測定物体2をカバーできる大きさにレーザー光30が拡大することができる単なる拡大レンズとすることもできる。
As mentioned above, although the suitable Example of this invention was described, this invention is not limited to the said Example. For example, the fringe pattern forming means 33 can be a diffractive optical element such as a binary lens or a mask with slits in addition to the Fresnel lens. Further, the magnifying means 32 may be a simple magnifying lens capable of magnifying the
1:三次元形状測定装置
2:被測定物体
3:投影手段
4:カメラ
5:計算機
30:レーザー光
31:光源
32:拡大手段
33:縞パターン成形手段
41:カメラ本体
42:フィルタ
301:高輝縞
302:低輝縞
331:半円形状部
332:円形状部
1: Three-dimensional shape measuring device 2: Object to be measured 3: Projection means 4: Camera 5: Computer 30: Laser light 31: Light source 32: Enlarging means 33: Stripe pattern forming means 41: Camera body 42: Filter 301: High brightness stripes 302: Low brightness stripe 331: Semi-circular portion 332: Circular portion
Claims (6)
前記投影手段は、レーザー光を出力する光源と、該レーザー光を所定の大きさに広げる拡大手段と、該拡大手段で広げられた該レーザー光を前記縞パターン光に成形する縞パターン成形手段と、を有することを特徴とする三次元形状測定装置。 Projection means for projecting stripe pattern light on which the high brightness stripes and low brightness stripes having lower brightness than the high brightness stripes are alternately positioned on the object to be measured, and receiving the reflection of the stripe pattern light hitting the object to be measured In a three-dimensional shape measuring apparatus having a camera that outputs image data and a computer that generates three-dimensional coordinate data from the image data,
The projection means includes a light source that outputs laser light, an enlargement means that expands the laser light to a predetermined size, and a fringe pattern forming means that shapes the laser light spread by the enlargement means into the stripe pattern light. And a three-dimensional shape measuring apparatus.
該レーザー光を所定の大きさに広げる拡大工程と、
拡大された該レーザー光を高輝縞と、該高輝縞より輝度の低い低輝縞とが交互に位置する縞パターンに成形する縞パターン成形工程と、
該縞パターンに成形されたレーザー光を被測定物体に投影手段で投影する投影工程と、
該被測定物体にあたった該縞パターンに成形されたレーザー光の反射をカメラが受像し、受像した画像データの信号を出力する受像工程と、
該画像データの信号を受信し記憶手段に記憶する記憶工程と、
該画像データから三次元座標データを生成する三次元座標データ生成工程と、を有することを特徴とする三次元形状測定方法。 A light output process for outputting laser light;
An expansion step of expanding the laser beam to a predetermined size;
A stripe pattern forming step for forming the enlarged laser beam into a stripe pattern in which high brightness stripes and low brightness stripes having lower brightness than the high brightness stripes are alternately positioned;
A projecting step of projecting the laser beam formed into the stripe pattern onto the object to be measured by the projecting means;
An image receiving step in which a camera receives the reflection of the laser beam formed in the stripe pattern that hits the object to be measured, and outputs a signal of the received image data;
A storage step of receiving a signal of the image data and storing it in a storage means;
A three-dimensional coordinate data generation step for generating three-dimensional coordinate data from the image data.
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