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公開番号2025078413
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-20
出願番号2023190962
出願日2023-11-08
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 20060101AFI20250513BHJP(測定;試験)
要約【課題】縞境界近傍での位相値の誤差に起因する三次元形状の計測精度低下を抑制可能な構成を提供する。
【解決手段】計測部40は、縞パターンSP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た位相値θを求めるとともに、第1縞番号取得用パターンNP1の投影時での撮像画像から縞番号として得られる第1縞番号SN1と、第2縞番号取得用パターンNP2の投影時での撮像画像から縞番号として得られる第2縞番号SN2と、を取得し、位相値θが縞切替位相値θsを中心とする誤差許容範囲内となる場合には、第2単輝度領域M2での位相値θと第2縞番号SN2とを利用して計測対象物Rの三次元形状を計測し、位相値θが上記誤差許容範囲外となる場合には、第1単輝度領域M1での位相値θと第1縞番号SN1とを利用して計測対象物Rの三次元形状を計測する。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
計測対象物に対して所定のパターンを投影する投影部と、
前記所定のパターンが投影された前記計測対象物を撮像対象とし、受光した際に輝度変化のあった撮像画素に対応して当該撮像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る所定の縞パターンと、前記所定の縞パターンと同じ投影範囲に向けて投影されて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縞番号取得用パターン及び第２縞番号取得用パターンとを含み、
前記第１縞番号取得用パターンは、前記縞領域と同じ形状の第１単輝度領域が前記第１の方向に沿って複数配置されて、前記第１単輝度領域ごとに輝度が異なるように生成され、
前記第２縞番号取得用パターンは、前記第１単輝度領域に対して前記第１の方向の幅値が同じ又は短くなる第２単輝度領域がそれぞれ前記縞領域間となる縞境界を中心とするように前記第１の方向に沿って複数配置されて、前記第２単輝度領域ごとに輝度が異なるように生成され、
前記計測部は、
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た位相値を求めるとともに、前記第１縞番号取得用パターンの投影時での撮像画像から前記縞番号として得られる第１縞番号と、前記第２縞番号取得用パターンの投影時での撮像画像から前記縞番号として得られる第２縞番号と、を取得し、
前記縞境界での前記位相値の理想値を縞切替位相値とするとき、前記位相値が前記縞切替位相値を中心とする所定範囲内となる場合には、前記位相値と前記第２縞番号とを利用して前記計測対象物の三次元形状を計測し、前記位相値が前記所定範囲外となる場合には、前記位相値と前記第１縞番号とを利用し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 820 文字）【請求項２】
前記所定範囲は、前記位相値の誤差想定範囲に応じて設定され、
前記第２単輝度領域は、前記位相値が前記所定範囲内となり得る画素にあわせて、前記第１の方向の幅値が前記第１単輝度領域よりも短くなるように設定され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】
計測対象物に対して所定のパターンを投影する投影部と、
前記所定のパターンが投影された前記計測対象物を撮像対象とし、受光した際に輝度変化のあった撮像画素に対応して当該撮像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る所定の縞パターンと、前記所定の縞パターンと同じ投影範囲に向けて投影されて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とを含み、
前記縞番号特定用パターンは、消灯タイミングが領域ごとに異なる消灯制御領域と点灯タイミングが領域ごとに異なる点灯制御領域とを前記第１の方向に並べてなる領域が、前記消灯制御領域及び前記点灯制御領域のいずれか一方の中心を前記縞領域間となる縞境界に合わせて前記第１の方向に沿って複数配置されるように生成され、
前記計測部は、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た位相値を求めるとともに、前記縞番号特定用パターンの投影時での撮像画像から縞番号を取得し、前記位相値と前記縞番号とを利用し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。

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 3,700 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、位相シフト法では、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特定される縞番号と基づいて計測対象物の三次元形状が計測される。縞番号特定用パターンとしては、例えば、縞幅に合わせて輝度が段階的に変化するパターンを採用することができるが、縞領域の境界（明色領域と暗色領域との境界：縞境界）付近に位置する画素について、誤った計測結果が得られる可能性がある。
【０００６】
例えば、縞番号「ｋ」と縞番号「ｋ＋１」との縞境界付近のある撮像画素にて、縞番号「ｋ＋１」が特定される一方で、位相値が本来求められる値から量子化誤差等に起因してわずかに増加する方向にずれて求められると、ほぼ１縞分ずれた位相値が誤特定されてしまう。このような誤特定のために間違った距離値が算出されると、三次元計測の計測精度が低下してしまうという問題がある。
【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、縞境界近傍での位相値の誤差に起因する三次元形状の計測精度低下を抑制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、本発明の一形態は、
計測対象物（Ｒ）に対して所定のパターンを投影する投影部（２０）と、
前記所定のパターンが投影された前記計測対象物を撮像対象とし、受光した際に輝度変化のあった撮像画素に対応して当該撮像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る所定の縞パターン（ＳＰ）と、前記所定の縞パターンと同じ投影範囲に向けて投影されて前記縞領域を他の縞領域と区別する縞番号（ＳＮ）を特定するための第１縞番号取得用パターン（ＮＰ１）及び第２縞番号取得用パターン（ＮＰ１）とを含み、
前記第１縞番号取得用パターンは、前記縞領域と同じ形状の第１単輝度領域（Ｍ１）が前記第１の方向に沿って複数配置されて、前記第１単輝度領域ごとに輝度が異なるように生成され、
前記第２縞番号取得用パターンは、前記第１単輝度領域に対して前記第１の方向の幅値が同じ又は短くなる第２単輝度領域（Ｍ２）がそれぞれ前記縞領域間となる縞境界を中心とするように前記第１の方向に沿って複数配置されて、前記第２単輝度領域ごとに輝度が異なるように生成され、
前記計測部は、
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た位相値（θ）を求めるとともに、前記第１縞番号取得用パターンの投影時での撮像画像から前記縞番号として得られる第１縞番号（ＳＮ１）と、前記第２縞番号取得用パターンの投影時での撮像画像から前記縞番号として得られる第２縞番号（ＳＮ２）と、を取得し、
前記縞境界での前記位相値の理想値を縞切替位相値（θｓ）とするとき、前記位相値が前記縞切替位相値を中心とする所定範囲内となる場合には、前記位相値と前記第２縞番号とを利用して前記計測対象物の三次元形状を計測し、前記位相値が前記所定範囲外となる場合には、前記位相値と前記第１縞番号とを利用し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。
【０００９】
本発明の他の一形態は、
計測対象物（Ｒ）に対して所定のパターンを投影する投影部（２０）と、
前記所定のパターンが投影された前記計測対象物を撮像対象とし、受光した際に輝度変化のあった撮像画素に対応して当該撮像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る所定の縞パターン（ＳＰ）と、前記所定の縞パターンと同じ投影範囲に向けて投影されて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（ＮＰ３）とを含み、
前記縞番号特定用パターンは、消灯タイミングが領域ごとに異なる消灯制御領域（ＭＳ２）と点灯タイミングが領域ごとに異なる点灯制御領域（ＭＳ１）とを前記第１の方向に並べてなる領域が、前記消灯制御領域及び前記点灯制御領域のいずれか一方の中心を前記縞領域間となる縞境界に合わせて前記第１の方向に沿って複数配置されるように生成され、
前記計測部は、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た位相値（θ）を求めるとともに、前記縞番号特定用パターンの投影時での撮像画像から縞番号を取得し、前記位相値と前記縞番号とを利用し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】
【００１０】
本発明では、第１縞番号取得用パターンは、縞領域と同じ形状の第１単輝度領域が第１の方向に沿って複数配置されて、第１単輝度領域ごとに輝度が異なるように生成され、第２縞番号取得用パターンは、第１単輝度領域に対して第１の方向の幅値が同じ又は短くなる第２単輝度領域がそれぞれ縞領域間となる縞境界を中心とするように第１の方向に沿って複数配置されて、第２単輝度領域ごとに輝度が異なるように生成される。計測部は、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た位相値を求めるとともに、第１縞番号取得用パターンの投影時での撮像画像から縞番号として得られる第１縞番号と、第２縞番号取得用パターンの投影時での撮像画像から縞番号として得られる第２縞番号と、を取得し、縞境界での位相値の理想値を縞切替位相値とするとき、位相値が縞切替位相値を中心とする所定範囲内となる場合には、位相値と第２縞番号とを利用して計測対象物の三次元形状を計測し、位相値が上記所定範囲外となる場合には、位相値と第１縞番号とを利用して計測対象物の三次元形状を計測する。
（【００１１】以降は省略されています）

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