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公開番号2025169611
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-14
出願番号2024074470
出願日2024-05-01
発明の名称三次元計測システム、三次元計測装置、及び三次元計測方法
出願人株式会社日立製作所
代理人青稜弁理士法人
主分類G01B 11/25 20060101AFI20251107BHJP(測定;試験)
要約【課題】移動カメラで対象物を撮影して精密な三次元計測を行う三次元計測システム。
【解決手段】対象物1にパターン4-1、4-2を照射する第1及び第2のプロジェクタ2-1、2-2からなるパターン照射装置と、対象物とパターン照射装置の間に設けられ、対象物を移動しながら撮像する3Dスキャナ3とを用いる三次元計測システムであって、3Dスキャナの画角内に撮像されるパターンを、基準パターンに合わせる様に、第1のパターンにかけ合わせる補正関数F1と、第2のプロジェクタに入力される第2のパターンにかけ合わせる補正関数F2を生成する補正関数生成部と、第1のパターン・第2のパターンを補正する投影画像補正部を備え、補正された第1のパターンを第1のプロジェクタで、補正された第2のパターンを第2のプロジェクタで対象物上に投影し、第1のパターンと第2のパターンによる画像を重ねて対象物上に投影する、三次元計測システム。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
対象物にパターンを照射する互いに光軸の異なる第１及び第２のプロジェクタからなるパターン照射装置と、前記対象物と前記パターン照射装置の間に設けられ、前記対象物を移動しながら撮像する３Ｄスキャナとを用いる三次元計測システムであって、
前記３Ｄスキャナの画角内に撮像される前記パターンを、別途用意された基準パターンに合わせる様に、前記第１のプロジェクタに入力される第１のパターンにかけ合わせる補正関数Ｆ１と、前記第２のプロジェクタに入力される第２のパターンにかけ合わせる補正関数Ｆ２を生成する補正関数生成部と、
前記補正関数Ｆ１によって前記第１のパターンを補正し、前記補正関数Ｆ２によって前記第２のパターン補正する投影画像補正部を備え、
補正された前記第１のパターンを前記第１のプロジェクタで前記対象物上に投影し、補正された前記第２のパターンを前記第２のプロジェクタで前記対象物上に投影し、前記第１のパターンと前記第２のパターンによる画像を重ねて前記対象物上に投影する、
三次元計測システム。
続きを表示（約 880 文字）【請求項２】
前記補正関数Ｆ１及び前記補正関数Ｆ２を生成するために、前記３Ｄスキャナの画角内に撮像される前記パターンとして専用の補正用パターンを用い、
前記３Ｄスキャナによる三次元計測の際には、前記補正用パターンとは別のパターンを前記対象物に照射するように切り替える、
請求項１記載の三次元計測システム。
【請求項３】
前記補正関数Ｆ１及び前記補正関数Ｆ２を生成するために、前記第１のプロジェクタから投影される画像の色と、前記第２のプロジェクタから投影される画像の色として異なる色を用いる、
請求項１記載の三次元計測システム。
【請求項４】
前記補正関数Ｆ１及び前記補正関数Ｆ２を生成するために、前記第１のプロジェクタから投影される画像の色と、前記第２のプロジェクタから投影される画像の色として補色関係にある色を用いる、
請求項３記載の三次元計測システム。
【請求項５】
前記補正用パターンが、同じ図形の繰り返しパターンを含む、
請求項２記載の三次元計測システム。
【請求項６】
前記繰り返しパターンが、方眼パターンである、
請求項５記載の三次元計測システム。
【請求項７】
前記繰り返しパターンが、同種の図形を等間隔に配置したパターンである、
請求項５記載の三次元計測システム。
【請求項８】
前記繰り返しパターンが、黒丸あるいはドットを等間隔に配置したパターンである、
請求項５記載の三次元計測システム。
【請求項９】
前記補正関数生成部は、前記第１のパターンおよび前記第２のパターンの少なくとも一つを用いて、前記基準パターンを生成する、
請求項１記載の三次元計測システム。
【請求項１０】
前記別のパターンとして、ひらがなおよびアルファベットの少なくとも一つを用いる、
請求項２記載の三次元計測システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元計測技術に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
プラント建設、ビル建設、車両製造などにおいては、施工図面を施工現場に反映するために、現場で高精度に位置合わせすることが重要となる。
【０００３】
そこで、光学カメラや赤外線カメラやＴｏＦ（Time Of Flight）センサやＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）などの視覚センサ（以下、３Ｄスキャナと表現することもある）を移動しながら物体をスキャンし、３Ｄスキャナの移動量を逐次推定し、最終的に三次元物体の三次元モデルを生成する三次元計測が有効である。また、近年、様々なアングルから撮影した写真をパソコンで解析・統合するフォトグラメトリ技術では、対象物をいろいろな方向から撮影することが有効であることが知られている。
【０００４】
しかし、スキャン中の撮影視野内に特徴的な模様や形状が無い場合、特徴的な点（以下、特徴点や、ランドマークと表現することもある）を抽出できないため、３Ｄスキャナ移動量の推定ができず、スキャンが失敗することがある。特に、プラント施工中には配管の様に表面が一様な形状のもの、壁や床面が一様な養生シート等で覆われていることがあり、壁や床面に特徴が無いことが多い。その結果、スキャンに失敗する可能性が高くなる。
【０００５】
特許文献１では、被測定対象物表面に複数本のスリット光からなるスリットパタンと１本以上のストライプ状の光からなるストライプパタンとをそれぞれ投影するパターン投影手段でパターンを対象物に投影することで三次元計測している。
【０００６】
特許文献２では２方向からプロジェクタによりパターンを対象物に投影して撮影することが紹介されている。
【０００７】
特許文献３では、複数プロジェクタを用いて映像を投影する場合において、物体の影を容易に消すために、影の領域を特定して投影光を補正する制御装置が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開2005－003409号公報
特開2011－242183号公報
WO 2019/009100 A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
測定対象物に特徴的な模様や形状が無い場合、特徴点を抽出できないが、パターンを対象物に照射することで、取得可能な特徴点を追加することができる。さらに３Ｄスキャナ（以下、カメラと表現することもある）を対象物に近い距離で移動させて三次元計測することにより、高精度かつ広い範囲でモデリングすることが可能である。３Ｄスキャナと対象物の距離を近接していくと、投影機（以下、プロジェクタと表現することもある）で投影しているパターンを３Ｄスキャナ（あるいはさらに３Ｄスキャナを操作している人や機器）が遮ってしまうことがある。このような場合にはパターンがカメラの影の影響で変わってしまい、特徴点の不一致が発生したり、特徴点の数が減ったりするため三次元計測の精度が低下するという課題がある。
【００１０】
特許文献１では、パターンを対象物に投影して三次元計測しているが、カメラが固定されているため、計測できる対象物の範囲が限定されてしまう。例えば、プラント施工中に、プラント内の配管を計測するためには３Ｄスキャナを移動させて任意の範囲を撮像する必要がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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