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公開番号2025169612
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-14
出願番号2024074471
出願日2024-05-01
発明の名称三次元計測方法、三次元計測装置、および三次元計測システム
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】
視覚的な特徴が少ない対象物にパターンを投影しながら撮影する三次元計測において、パターンの遮蔽による影響を低減しつつ、3Dスキャナを移動させながら三次元計測ができる三次元計測システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
本発明の好ましい一側面は、対象物に第一のパターンを投影する第一の投影機および第二のパターンを投影する第二の投影機からなるパターン投影装置と、前記対象物と前記パターン投影装置の間に設けられた、前記対象物を移動しながら撮像して投影画像を生成する3Dスキャナと、前記第一の投影機と前記対象物との間に前記3Dスキャナがある場合には前記第二の投影機の前記投影画像を用い、前記第二の投影機と前記対象物との間に前記3Dスキャナがある場合には前記第一の投影機の前記投影画像を用いて三次元モデルを出力する三次元モデル生成装置を有する三次元計測システムである。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
対象物に第一のパターンを投影する第一の投影機および第二のパターンを投影する第二の投影機からなるパターン投影装置と、
前記対象物と前記パターン投影装置の間に設けられた、前記対象物を移動しながら撮像して投影画像を生成する３Ｄスキャナと、
前記第一の投影機と前記対象物との間に前記３Ｄスキャナがある場合には前記第二の投影機の前記投影画像を用い、前記第二の投影機と前記対象物との間に前記３Ｄスキャナがある場合には前記第一の投影機の前記投影画像を用いて三次元モデルを出力する三次元モデル生成装置を有する三次元計測システム。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記３Ｄスキャナで撮像された前記投影画像が、前記第一の投影機の前記投影画像か前記第二の投影機の前記投影画像かを分類する、投影画像分類部を備える、
請求項１記載の三次元計測システム。
【請求項３】
前記第一のパターンと前記第二のパターンは異なるパターンであり、
前記投影画像分類部は、
前記３Ｄスキャナで生成された前記投影画像と、前記第一のパターン及び前記第二のパターンの少なくとも一つのパターンの比較を行うことで分類を行う、
請求項２記載の三次元計測システム。
【請求項４】
前記第一のパターンと前記第二のパターンは異なる色であり、
前記投影画像分類部は、
前記３Ｄスキャナで生成された前記投影画像と、前記第一のパターン及び前記第二のパターンの少なくとも一つの色の比較を行うことで分類を行う、
請求項２記載の三次元計測システム。
【請求項５】
前記第一のパターンと前記第二のパターンは時分割で投影され、
前記投影画像分類部は、
前記第一のパターン及び前記第二のパターンの投影のタイミングに基づいて分類を行う、
請求項２記載の三次元計測システム。
【請求項６】
前記第一の投影機及び前記第二の投影機の少なくとも一つと前記対象物との間に前記３Ｄスキャナがあるかどうかを判定する遮蔽判定部を備える、
請求項１記載の三次元計測システム。
【請求項７】
前記遮蔽判定部は、
前記３Ｄスキャナで生成された前記投影画像に、前記第一のパターン及び前記第二のパターンの少なくとも一つの全体が含まれているかどうかを判定する、
請求項６記載の三次元計測システム。
【請求項８】
前記遮蔽判定部は、
前記第一のパターン及び前記第二のパターンの少なくとも一つを複数の小パターンに分割し、前記投影画像に前記複数の小パターンがすべて検知できるかどうかを判定することで、前記投影画像に、前記第一のパターン及び前記第二のパターンの少なくとも一つの全体が含まれているかどうかを判定する、
請求項７記載の三次元計測システム。
【請求項９】
前記遮蔽判定部は、
前記対象物を撮影する遮蔽判定カメラで撮影した画像に基づいて、前記投影画像に、前記第一のパターン及び前記第二のパターンの少なくとも一つの全体が含まれているかどうかを判定する、
請求項７記載の三次元計測システム。
【請求項１０】
加工パラメータ算出装置をさらに備え、
前記加工パラメータ算出装置は、
前記三次元モデルと設計情報と部材情報から部材の加工形状を算出する加工形状算出部と、
前記部材情報と前記加工形状から加工パラメータを算出する加工パラメータ算出部を備える、
請求項１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 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
プラントの建設やメンテナンス、ビルの建設やメンテナンス、車両の製造などにおいては、作業を行う前に現場調査を実施して作業計画の立案や図面の作成を行うために、三次元計測機の活用が期待されている。例えば配管施工においては、施工前に配管の設計図面が用意されるが、現場で施工される配管と設計図面の間には少なからずのズレが生じる。そこで三次元計測機によって現場の状況を計測し、計測結果に合わせて施工図面を修正して施工に反映する施工手順を実現することが求められている。そのためには、配管の高精度な三次元計測が要求される。
【０００３】
配管のように設備が複雑に入り組んだ構造物の三次元計測においては、物体を様々な方向から計測する必要があるため、機動性が高いハンディ式の３Ｄスキャナ（以下、三次元スキャナや、カメラと表現することもある）が有効である。ハンディ式の３Ｄスキャナは、移動しながら連続撮影した画像（RGB画像、デプス画像、赤外画像、点群などを表す）をSfM(Structure from Motion)の手法により繋ぎ合わせて三次元形状を復元する。
【０００４】
SfMの内部処理では、画像ごとに特徴点を抽出し、各画像において近しい特徴点をマッチングさせることで、画像が撮影されたときのカメラ位置を推定し、この結果をもとに対象物の三次元形状を復元する。ここで、配管のような視覚的な特徴が少ない対象物に対しては、画像中の特徴点を抽出することができず、三次元計測の内部処理が失敗することがある。このような場合には、撮影中にプロジェクタで特徴パターンを投影することで対象物に視覚的な特徴を付与し、三次元計測が成功するように支援することが有効である。
【０００５】
しかし、３Ｄスキャナがプロジェクタと対象物の間を移動する際には、３Ｄスキャナ自身が投影を遮蔽してしまうことがある。パターンが遮蔽されると、配管のような視覚的な特徴の少ない対象物では三次元計測に失敗する可能性が高くなる。遮蔽の対策は一般的に、複数のプロジェクタでパターンを投影し、遮蔽によって生じる影を打ち消すことが有効である。
【０００６】
この点に関し、特許文献１では、動きのある対象の形状を高密度かつ高フレームレートに計測するために、二つのプロジェクタから縦方向のパターンと横方向のパターンをそれぞれ投影し、投影されたパターンをもとに三次元形状を復元する画像処理装置が開示されている。
【０００７】
特許文献２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ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
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】
従来技術では、視覚的な特徴が少ない対象物にパターンを投影しながら撮影する三次元計測において、パターンの遮蔽を気にすることなく、３Ｄスキャナを移動させながら三次元計測をすることができない。
【００１０】
例えば特許文献１では、複数のプロジェクタを用いることで遮蔽される部分を大きく減らすことができると記載されているが、遮蔽された場合の具体的な対策方法は記載されていない。特許文献２では、プロジェクタと対象物との配置を表す配置情報が既知であることを前提として影を消去するよう投影光を補正しているが、そもそも対象物の形状が分からないので三次元計測したいという施工時のユースケースにおいては使えない。
（【００１１】以降は省略されています）

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