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公開番号2024120305
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-05
出願番号2023027011
出願日2023-02-24
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 20060101AFI20240829BHJP(測定;試験)
要約【課題】イベントデータを利用することでより高速に計測対象物の三次元計測を実施可能な構成を提供する。
【解決手段】投影部20が計測対象物Rに対して投影する縞パターンPは、左右方向(第1の方向)において輝度が所定の割合で変化し上下方向(第1の方向に直交する第2の方向)において輝度が変化しない縞領域Pa～Pdが左右方向に沿って複数配置されるように生成される。撮像部30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、計測部40は、単位時間内にて計測対象物Rを撮像した際に同時間帯に出力される負極性のイベントデータから特定される画素の位置に基づいて計測対象物Rの三次元形状を光切断法により計測する。
【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、
前記撮像部により撮像される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、
前記所定の縞パターンは、第１の方向において輝度が所定の割合で変化し前記第１の方向に直交する第２の方向において輝度が変化しない縞領域が前記第１の方向に沿って複数配置されるように生成され、
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、
前記計測部は、単位時間内にて前記計測対象物を撮像した際に同時間帯に出力される前記イベントデータから特定される画素の位置に基づいて前記計測対象物の三次元形状を光切断法により計測することを特徴とする三次元計測装置。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
前記計測部は、撮像時に出力される前記イベントデータの前記出力タイミングを縦軸として前記第１の方向の画素の位置を横軸とするように生成されるイベント波形を利用して、同時間帯に出力される前記イベントデータから特定される画素の位置に基づいて前記計測対象物の三次元形状を光切断法により計測することを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
【請求項３】
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、撮像時に出力される前記負極性のイベントデータの前記出力タイミングを縦軸として前記第１の方向の画素の位置を横軸とするように生成されるイベント波形を利用して、同時間帯に出力される前記イベントデータから特定される画素の位置に基づいて前記計測対象物の三次元形状を光切断法により計測することを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
【請求項４】
前記投影部は、最初に前記所定の縞パターンを第１縞パターンとして投影した後に前記第１縞パターンでの前記所定の割合を明暗について逆にした第２縞パターンを投影し、
前記計測部は、前記第１縞パターンの撮像時に最も早く出力される前記イベントデータの前記出力タイミングを縦軸として前記第１の方向の画素の位置を横軸とするように生成される第１イベント波形と、前記第２縞パターンの撮像時に最も早く出力される前記イベントデータの出力タイミングを縦軸として前記第１の方向の画素の位置を横軸とするように生成される第２イベント波形とを求めて、前記第１イベント波形と反転した前記第２イベント波形とを合成した合成波形を利用して、同時間帯に出力される前記イベントデータから特定される画素の位置に基づいて前記計測対象物の三次元形状を光切断法により計測することを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
【請求項５】
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、
前記投影部は、最初に前記所定の縞パターンを第１縞パターンとして投影した後に前記第１縞パターンでの前記所定の割合を明暗について逆にした第２縞パターンを投影し、
前記計測部は、前記第１縞パターンの撮像時に最も早く出力される前記負極性のイベントデータの前記出力タイミングを縦軸として前記第１の方向の画素の位置を横軸とするように生成される第１イベント波形と、前記第２縞パターンの撮像時に最も早く出力される前記負極性のイベントデータの出力タイミングを縦軸として前記第１の方向の画素の位置を横軸とするように生成される第２イベント波形とを求めて、前記第１イベント波形と反転した前記第２イベント波形とを合成した合成波形を利用して、同時間帯に出力される前記イベントデータから特定される画素の位置に基づいて前記計測対象物の三次元形状を光切断法により計測することを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
【請求項６】
前記投影部は、さらに、前記縞領域を他の縞領域と区別する縞番号を特定するための縞番号特定用パターンを投影し、
前記計測部は、前記縞番号特定用パターンを投影した前記計測対象物の撮像時に出力される前記イベントデータの出力タイミングに基づいて前記縞番号を特定する縞番号特定手段を備え、
前記縞番号特定手段は、非透明体及び透明体を撮像しているために２つの縞番号が特定される画素について、予め想定される前記計測対象物の三次元形状に基づいて、前記非透明体の縞番号と前記透明体の縞番号とをそれぞれ特定することを特徴とする請求項２～５のいずれか一項に記載の三次元計測装置。
【請求項７】
前記投影部は、さらに、前記縞領域を他の縞領域と区別する縞番号を特定するための第１縞番号特定用パターンと第２縞番号特定用パターンとを投影し、
前記第１縞番号特定用パターンは、前記第１の方向において輝度が前記縞領域単位で異なるように所定の段階にて変化し前記第２の方向において輝度が変化しないように生成されて投影され、
前記第２縞番号特定用パターンは、前記第１縞パターンでの前記所定の段階を明暗について逆にしたように生成されて投影され、
前記計測部は、前記第１縞番号特定用パターンを投影した前記計測対象物の撮像時に最も早く出力される前記イベントデータの出力タイミングと前記第２縞番号特定用パターンを投影した前記計測対象物の撮像時に最も早く出力される前記イベントデータの出力タイミングとに基づいて前記縞番号を特定する縞番号特定手段を備え、
前記縞番号特定手段は、非透明体及び透明体を撮像しているために２つの縞番号が特定される画素について、予め想定される三次元形状に基づいて、前記非透明体の縞番号と前記透明体の縞番号とをそれぞれ特定することを特徴とする請求項２～５のいずれか一項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 2,400 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】
また、上記特許文献１に開示される三次元計測装置では、計測対象物に対して輝度が左側から右側にかけて一定の割合で増加するように変化し上下方向において輝度が変化しないように生成される光切断法用のパターンを投影して、その撮像時に出力されるイベントデータを利用した光切断法により計測対象物の三次元形状を計測している。具体的には、同時間帯に出力されるイベントデータから特定される画素の位置を光切断法でのライン状の光が照射された画素の位置として取り扱うことで、光切断法による三次元計測を可能としている。
【０００６】
しかしながら、上述のように生成される光切断法用のパターンを投影する計測手法では、投影領域の左端から右端にかけて輝度を変化させる必要があり、左右方向の画素が多くなるほど、撮像時間、すなわち、三次元計測処理に要する処理時間が長くなるという問題がある。
【０００７】
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することでより高速に計測対象物の三次元計測を実施可能な構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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（Ｐ）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、
前記撮像部により撮像される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（４０）であって、
前記所定の縞パターンは、第１の方向において輝度が所定の割合で変化し前記第１の方向に直交する第２の方向において輝度が変化しない縞領域（Ｐａ～Ｐｄ）が前記第１の方向に沿って複数配置されるように生成され、
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、
前記計測部は、単位時間内にて前記計測対象物を撮像した際に同時間帯に出力される前記イベントデータから特定される画素の位置に基づいて前記計測対象物の三次元形状を光切断法により計測す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】
【０００９】
請求項１の発明では、投影部が計測対象物に対して投影する所定の縞パターンは、第１の方向において輝度が所定の割合で変化し第１の方向に直交する第２の方向において輝度が変化しない縞領域が第１の方向に沿って複数配置されるように生成される。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、計測部は、単位時間内にて計測対象物を撮像した際に同時間帯に出力されるイベントデータから特定される画素の位置に基づいて計測対象物の三次元形状を光切断法により計測する。
【００１０】
これにより、同時間帯に出力されるイベントデータから特定される画素の位置を繋げた輝線が縞領域ごとに得られるため、所定の縞パターンでの縞領域の数が多くなるほど、撮像時間、すなわち、三次元計測処理に要する処理時間を短縮することができる。したがって、イベントデータを利用することでより高速に計測対象物の三次元計測を実施することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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