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公開番号2025121175
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-19
出願番号2024016463
出願日2024-02-06
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 20060101AFI20250812BHJP(測定;試験)
要約【課題】縞番号の特定精度を向上させることで正確な三次元計測を実行可能な構成を提供する。
【解決手段】投影部20によって計測対象物Rに対して投影する縞パターンSPは、左右方向において輝度が周期的に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て、位相をシフトさせて複数回投影される。さらに投影部20によって縞番号SN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正弦波状に1周期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て、位相をシフトさせて複数回投影される。計測部40は、画素ごとに、縞パターンSPの投影時での撮像画像から計測対象物R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求められる縞位相値φとに基づいて縞番号SNを特定し、当該縞番号SNと位相値θとに基づいて計測対象物Rの三次元形状を計測する。
【選択図】図3
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位相シフト法により計測する計測部と、
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周期的に変化し前記第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て、位相をシフトさせて複数回投影され、
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正弦波状に１周期以下で変化し前記第２の方向において輝度が変化しないように生成されて、位相をシフトさせて複数回投影され、
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第１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求められる第２位相値とに基づいて前記縞番号を特定し、当該縞番号と前記第１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 420 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正弦波状に１周期未満で変化するように生成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４】
前記計測部は、前記第２位相値に基づく三次元形状の計測結果から計測対象範囲を特定して、前記縞番号と前記第１位相値とに基づいて前記計測対象範囲について三次元形状を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。

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 3,000 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番号特定用パターン（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。また、計測対象物の配色や形状等に起因する反射率の影響を受けて、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、縞番号の特定精度を向上させることで正確な三次元計測を実行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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、
計測対象物（Ｒ，Ｒ１，Ｒ２ａ～Ｒ２ｃ）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位相シフト法により計測する計測部（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周期的に変化し前記第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て、位相をシフトさせて複数回投影され、
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，ＮＰ１～ＮＰ３）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正弦波状に１周期以下で変化し前記第２の方向において輝度が変化しないように生成されて、位相をシフトさせて複数回投影され、
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第１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求められる第２位相値（φ）とに基づいて前記縞番号を特定し、当該縞番号と前記第１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】
本発明では、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周期的に変化し第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て、位相をシフトさせて複数回投影される。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正弦波状に１周期以下で変化し第２の方向において輝度が変化しないように生成されて、位相をシフトさせて複数回投影される。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第１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求められる第２位相値とに基づいて縞番号を特定し、当該縞番号と第１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、第１の方向に沿って輝度が正弦波状に１周期で変化する縞番号特定用パターンを、２π／３で位相をシフトさせるように３回投影することで、３つの撮像画像から第１の方向に沿って直線状に増加する第２位相値を取得することができる。この場合、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上述のように取得した第２位相値が大きくなる。このように、直線状に変化する第２位相値を縞番号特定に利用することで、縞領域の境界付近で縞番号特定用の輝度が急変するグレイコードと異なり、縞領域の境界付近での縞番号の誤特定を抑制することができる。特に、位相をシフトした複数の縞番号特定用パターンを利用するため、第２位相値の取得に関して、計測対象物の反射率の影響を受け難くすることができる。したがって、縞番号の特定精度を向上させることで正確な三次元計測を実行可能な三次元計測装置を実現することができる。
【０００９】
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ってもよい。
【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速に計測できるため、第１位相値及び第２位相値の取得に要する処理時間の短縮、すなわち、三次元計測に関する計測時間短縮を図ることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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