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公開番号2024129318
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-27
出願番号2023038443
出願日2023-03-13
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 20060101AFI20240919BHJP(測定;試験)
要約【課題】三次元計測用の所定の縞パターンの縞番号を特定することで、その縞番号の特定精度を向上させ得る構成を提供する。
【解決手段】投影部によって計測対象物に対して投影する縞パターンは、左右方向において輝度が変化し上下方向において輝度が変化しない縞領域が左右方向に沿って複数配置されるように生成される。さらに投影部によって縞番号を特定するために投影される縞番号特定用パターンNPは、左右方向に沿って輝度が一定の割合で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。計測部は、画素ごとに、縞パターンの投影時での撮像画像から計測対象物の三次元形状に応じて求められる位相値θと縞番号特定用パターンNPの投影時での撮像画像から得られる縞輝度SLとに基づいて縞番号を特定し、縞番号と位相値θとに基づいて計測対象物の三次元形状を計測する。
【選択図】図6
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、
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、
前記縞番号特定用パターンは、前記第１の方向に沿って輝度が一定の割合で変化し前記第２の方向において輝度が変化しないように生成され、
前記計測部は、画素ごとに、前記所定の縞パターンの投影時での撮像画像から前記計測対象物の三次元形状に応じて求められる位相値と前記縞番号特定用パターンの投影時での撮像画像から得られる輝度値に相当する情報とに基づいて前記縞番号を特定し、当該縞番号と前記位相値とに基づいて前記計測対象物の三次元形状を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 480 文字）【請求項２】
前記投影部は、画素ごとの単位時間内での発光時間に応じて光の階調を制御するように構成され、
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可能なイベントカメラであ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】
前記投影部は、前記縞番号特定用パターンの前記単位時間を前記所定の縞パターンの前記単位時間よりも長くすることを特徴とする請求項２に記載の三次元計測装置。
【請求項４】
前記所定の縞パターンは、前記第１の方向に沿う輝度変化が全ての前記縞領域で同じになるように生成され、
前記計測部は、前記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請求項２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する三次元計測装置に関するものである。
続きを表示（約 3,100 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に関する技術として、例えば、下記特許文献１に開示される３次元情報入力カメラが知られている。この３次元情報入力カメラは、縞パターン光の投影時での撮像画像から被写体の三次元形状に応じて求められる位相値と縞特定光の投影時での撮像画像から特定されるいわゆる縞番号と基づいて被写体の３次元情報を得るように構成されている。その際、縞番号を特定するための縞特定光として機能するグレイコードを、縞パターン光の上下両端に付加するようにして縞パターン光とともに縞パターン投影部から投影している。これにより、縞パターン光および縞特定光を同時に撮像できる結果、縞番号の特定精度を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０００－２８７７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１のように、白色と黒色との組み合わせが縞領域で変わるように生成されるグレイコードを縞特定光として投影することで縞番号を特定する構成では、縞領域の境界（明色領域と暗色領域との境界）付近に位置する画素について、誤った縞番号が特定されてしまう場合がある。このように誤った縞番号が特定されてしまうと、縞パターンの投影時での撮像画像から正しく位相値が求められていたとしても、間違った距離値が算出されるために、正確な三次元計測が困難になるという問題がある。
【０００５】
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、三次元計測用の所定の縞パターンの縞領域が並ぶ方向に沿って輝度が一定の割合で変化するように投影された縞番号特定用パターンの撮像画像から求められる輝度値に相当する情報と位相値とに基づいて縞番号を特定することで、その縞番号の特定精度を向上させ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】
【０００６】
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（ＳＰ）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、
を備える三次元計測装置（１０）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（ＳＮ）を特定するための縞番号特定用パターン（ＮＰ）を投影し、
前記縞番号特定用パターンは、前記第１の方向に沿って輝度が一定の割合で変化し前記第２の方向において輝度が変化しないように生成され、
前記計測部は、画素ごとに、前記所定の縞パターンの投影時での撮像画像から前記計測対象物の三次元形状に応じて求められる位相値（θ）と前記縞番号特定用パターンの投影時での撮像画像から得られる輝度値に相当する情報（ＳＬ）とに基づいて前記縞番号を特定し、当該縞番号と前記位相値とに基づいて前記計測対象物の三次元形状を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】
【０００７】
請求項１の発明では、投影部によって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。さらに投影部によって縞番号を特定するために投影される縞番号特定用パターンは、第１の方向に沿って輝度が一定の割合で変化し第２の方向において輝度が変化しないように生成される。計測部は、画素ごとに、所定の縞パターンの投影時での撮像画像から計測対象物の三次元形状に応じて求められる位相値と縞番号特定用パターンの投影時での撮像画像から得られる輝度値に相当する情報とに基づいて縞番号を特定し、当該縞番号と位相値とに基づいて計測対象物の三次元形状を計測する。
【０００８】
これにより、例えば、縞番号特定用パターンが第１の方向に沿って一定の割合で明るくなるように生成される場合には、第１の方向に沿って大きくなる縞番号について、より大きな縞番号の縞領域が投影されている画素ほど撮像画像から求められる輝度値（以下、縞輝度ともいう）が大きくなる。このため、縞番号特定用パターンの投影時に縞領域の境界付近で縞輝度が大きく変化することもなく、縞領域の境界付近と中央とで縞輝度の変化が大きく異なることもない。特に、縞輝度が一定の割合で大きくなる（小さくなる）場合には、位相値を求めた画素がｋ番目の縞領域にあるとして想定される縞輝度の範囲が、縞番号ごとに段階的に大きくなる（小さくなる）。すなわち、位相値から仮の縞番号ごとに対応付けられる縞輝度の範囲と縞番号特定用パターンの投影時に得られた縞輝度とから、縞番号を特定することができる。このため、縞輝度の範囲を他の縞番号のものと重複しないように設定することで、縞領域での境界付近や中央などの位置を意識することなく、縞番号を精度良く特定することができる。したがって、三次元計測用の所定の縞パターンの縞領域が並ぶ方向に沿って輝度が一定の割合で変化するように投影された縞番号特定用パターンの撮像画像から求められる輝度値に相当する情報と位相値とに基づいて縞番号を特定することで、その縞番号の特定精度を向上させることができる。
【０００９】
請求項２の発明では、投影部は、画素ごとの単位時間内での発光時間に応じて光の階調を制御するように構成され、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、撮像素子から出力されるイベントデータから撮像画像を生成可能なイベントカメラである。
【００１０】
イベントカメラは、生物の網膜構造にヒントを得て開発された輝度値差分出力カメラであり、画素ごとに輝度の変化を感知してその座標、時間、そして輝度変化の極性を出力するように構成されるため、従来のフレーム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は出力しないといった特徴があるため、より高速に輝度変化に関するデータを取得することができる。このように構成されるイベントカメラでは、画素単位で、明るくなる輝度変化が生じると正極性（プラス輝度変化）のイベントデータが出力され、その光が消えることで暗くなる輝度変化が生じて負極性（マイナス輝度変化）のイベントデータが出力される。すなわち、正極性のイベントデータの出力タイミングと負極性のイベントデータの出力タイミングとの時間差が輝度値に相当し、その時間差をより高精度に計測できるため、縞番号の特定精度をより向上させることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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