特許ウォッチ

公開番号2024105049
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-06
出願番号2023009577
出願日2023-01-25
発明の名称三次元計測装置
出願人株式会社デンソーウェーブ
代理人個人,個人
主分類G01B 11/25 20060101AFI20240730BHJP(測定;試験)
要約【課題】イベントデータを利用した三次元計測においてノイズの発生を抑制し得る構成を提供する。
【解決手段】制御部11は、単位時間T中に計測対象となる第1計測タイミングt1及び第2計測タイミングt2と他の複数のタイミング(再投光タイミングt3及び再消灯タイミングt4)とで上記反射のON/OFFを切り替えるように投影部20を制御する。計測部40は、撮像部30の撮像画像から求められる縞パターン情報Isを利用して位相シフト法により計測対象物Rの三次元形状を計測する際、縞パターン情報Isを、撮像素子から上記単位時間T中にて第1計測タイミングt1に応じて出力されるイベントデータと第2計測タイミングt2に応じて出力されるイベントデータとの出力タイミングの時間差として求める。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
計測対象物に対して所定の縞パターンを投影する投影部と、
前記所定の縞パターンが投影された前記計測対象物を撮像する撮像部と、
前記撮像部の撮像画像から求められる縞パターン情報を利用して位相シフト法により前記計測対象物の三次元形状を計測する計測部と、
前記投影部を制御する制御部と、
を備える三次元計測装置であって、
前記投影部は、複数のミラーをアレイ状に配置したＤＭＤによる入射光の反射のＯＮ／ＯＦＦが前記ミラーごとに前記制御部によって制御されることで、前記所定の縞パターンを投影し、
前記制御部は、単位時間中に計測対象となる第１計測タイミング及び第２計測タイミングと他の複数のタイミングとで前記反射のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるように前記投影部を制御し、
前記撮像部は、受光した際に輝度変化のあった画素に対応して当該画素の位置が特定される二次元点データを含めたイベントデータを出力する撮像素子を備えて、前記撮像素子から出力されるイベントデータから前記撮像画像を生成し、
前記撮像素子は、明るくなる輝度変化の場合に正極性のイベントデータを出力し、暗くなる輝度変化の場合に負極性のイベントデータを出力するように構成され、
前記計測部は、前記縞パターン情報を、前記撮像素子から前記単位時間中にて前記第１計測タイミングに応じて出力されるイベントデータと前記第２計測タイミングに応じて出力されるイベントデータとの出力タイミングの時間差として求めることを特徴とする三次元計測装置。
続きを表示（約 180 文字）【請求項２】
前記制御部は、前記所定の縞パターンの投影開始タイミングにあわせて投影開始信号を前記計測部に対して出力し、
前記第１計測タイミングは、前記投影開始タイミングであり、
前記計測部は、前記制御部からの前記投影開始信号の入力タイミングを前記第１計測タイミングとして前記縞パターン情報を求めることを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測対象物の三次元形状を計測する三次元計測装置に関するものである。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、計測対象物の三次元形状等を計測する三次元計測装置として、例えば、位相シフト法を利用した装置が知られている。位相シフト法は、位相をずらした複数枚の縞パターン画像を投影することでこの縞パターン画像を投影した計測対象物に関して三次元計測を行う手法である。
【０００３】
このように位相シフト法を利用して三次元計測を行う技術に関して、より高速に計測対象物の画像を生成するため、下記特許文献１に開示される三次元計測装置が知られている。この三次元計測装置では、位相シフト法用の所定の縞パターンとしてサイン波パターンが採用されるとともに、受光した際に輝度変化のあった画素に対応して当該画素の位置が特定される二次元点データを含めたイベントデータを出力するイベントカメラが採用されて、イベントデータから縞パターンが投影された計測対象物の撮像画像を生成するように構成されている。イベントカメラは、従来のカメラのように輝度変化のない画素情報、つまり冗長なデータ（イベントデータ）は出力しないといった特徴があるため、データ通信量の軽減や画像処理の軽量化等が実現されることで、より高速に計測対象物の形状に関する情報を取得することができる。その一方で、イベントデータには位相シフト法に利用する輝度情報が含まれないため、画素単位で投光時に出力されるプラス輝度変化のイベントデータ（正極性のイベントデータ）の発生時間と消灯時に出力されるマイナス輝度変化のイベントデータ（負極性のイベントデータ）の発生時間との時間差に基づいて輝度情報（縞パターン情報）を求めることで、イベントデータを利用した計測対象物の三次元形状の計測を実施可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２１－０６７６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のようなサイン波パターンの縞パターンが投影される場合、その撮像画像において消灯タイミングが遅い画素と消灯タイミングが早い画素とが存在し、消灯状態の画素が増えるほど、暗い状態での撮像となる。イベントカメラの特性上、暗い状態では少しの輝度変化でも電位差が生じてイベントデータが出力されやすくなるため、暗くなるほど本来出力すべきでないイベントデータがノイズとして発生しやすくなる。そのため、大量に発生したノイズがイベントカメラで許容されるイベント量を超えて飽和してしまうと、輝度変化を正しく検出できなくなるような問題が発生してしまう。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、イベントデータを利用した三次元計測においてノイズの発生を抑制し得る構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明は、
計測対象物（Ｒ）に対して所定の縞パターンを投影する投影部（２０）と、
前記所定の縞パターンが投影された前記計測対象物を撮像する撮像部（３０）と、
前記撮像部の撮像画像から求められる縞パターン情報（Ｉｓ）を利用して位相シフト法により前記計測対象物の三次元形状を計測する計測部（４０）と、
前記投影部を制御する制御部（１１）と、
を備える三次元計測装置（１０）であって、
前記投影部は、複数のミラーをアレイ状に配置したＤＭＤによる入射光の反射のＯＮ／ＯＦＦが前記ミラーごとに前記制御部によって制御されることで、前記所定の縞パターンを投影し、
前記制御部は、単位時間（Ｔ）中に計測対象となる第１計測タイミング（ｔ１）及び第２計測タイミング（ｔ２）と他の複数のタイミング（ｔ３，ｔ４）とで前記反射のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるように前記投影部を制御し、
前記撮像部は、受光した際に輝度変化のあった画素に対応して当該画素の位置が特定される二次元点データを含めたイベントデータを出力する撮像素子を備えて、前記撮像素子から出力されるイベントデータから前記撮像画像を生成し、
前記撮像素子は、明るくなる輝度変化の場合に正極性のイベントデータを出力し、暗くなる輝度変化の場合に負極性のイベントデータを出力するように構成され、
前記計測部は、前記縞パターン情報を、前記撮像素子から前記単位時間中にて前記第１計測タイミングに応じて出力されるイベントデータと前記第２計測タイミングに応じて出力されるイベントデータとの出力タイミングの時間差として求めることを特徴とする。
なお、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明では、投影部は、複数のミラーをアレイ状に配置したＤＭＤによる入射光の反射のＯＮ／ＯＦＦがミラーごとに制御部によって制御されることで、所定の縞パターンを計測対象物に対して投影する。制御部は、単位時間中に計測対象となる第１計測タイミング及び第２計測タイミングと他の複数のタイミングとで上記反射のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるように投影部を制御する。計測部は、撮像部の撮像画像から求められる縞パターン情報を利用して位相シフト法により計測対象物の三次元形状を計測する際、上記縞パターン情報を、撮像素子から上記単位時間中にて上記第１計測タイミングに応じて出力されるイベントデータと上記第２計測タイミングに応じて出力されるイベントデータとの出力タイミングの時間差として求める。
【０００９】
これにより、縞パターン情報を、単位時間中にて第１計測タイミングに応じて出力されるイベントデータと第２計測タイミングに応じて出力されるイベントデータとの出力タイミングの時間差（例えば、単位時間中にて最初に出力される正極性のイベントデータと次に出力される負極性のイベントデータとの出力タイミングの時間差）として求めることで、イベントデータを利用した計測対象物の三次元形状の計測を実施することができる。特に、単位時間中では、第１計測タイミング及び第２計測タイミングと異なるタイミングで上記反射のＯＮ／ＯＦＦが再び切り替えられるので、第１計測タイミング及び第２計測タイミングのみで上記反射のＯＮ／ＯＦＦがなされる場合と比較して、より明るい状態での撮像となるために、ノイズの発生が抑制される。したがって、イベントデータを利用した三次元計測においてノイズの発生を抑制可能な三次元計測装置を実現することができる。
【００１０】
請求項２の発明では、制御部は、所定の縞パターンの投影開始タイミングにあわせて投影開始信号を計測部に対して出力し、第１計測タイミングは、投影開始タイミングであり、計測部は、制御部からの投影開始信号の入力タイミングを第１計測タイミングとして縞パターン情報を求める。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許