三维测量设备和三维测量方法技术

本发明专利技术涉及一种三维测量设备和三维测量方法。三维测量设备包括：检测单元，用于在摄像单元所拍摄的图像中，检测被投影到测量空间内的同一平面上预先设置的多个图案检测区域的图案在摄像像素面上的位置信息；以及对应关系计算单元，用于使用所述位置信息，来计算测量之前预先检测到的投影单元的投影像素面上的所述图案与测量时所述投影单元的投影像素面上的所述图案之间的对应关系。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，该三维测量设备能够对用于测量被摄体的表面形状的三维测量设备中所发生的设备误差进行校准。
技术介绍
作为用于以非接触方式测量被摄体的表面形状的设备，传统上存在一种用于使用投影单元和摄像单元基于三角测量方法的原理来测量该表面形状的设备。将对该测量方法进行说明。首先，投影单元将图案投影到被摄体上。接着，摄像单元对投影了图案的被摄体进行拍摄。根据所拍摄的图像数据对图案在摄像单元的摄像像素面上的位置进行检测。接下来，使得图案在投影单元的投影像素面上的位置与图案在摄像像素面上的位置彼此相对应。通过校准来获得投影单元和摄像单元之间的位置关系。例如，预先获得(统称为校准值的)如下信息投影单元和摄像单元之间的基线长度、摄像单元和投影单元的转动/平移信息、投影单元和摄像单元的设备特定参数、焦距、光轴主点位置、以及镜头像差值等。最后，使用三角测量方法的原理，根据校准值以及投影像素面上的图案和摄像像素面上的图案之间的位置关系来对设备到被摄体的距离进行测量。在用于使用投影单元和摄像单元来测量被摄体的表面形状的设备中，通常，所使用的装置的形状和配置由于例如与温度变化相关联的热膨胀/收缩效果而随着时间发生微小变化。由于该原因，在测量环境中容易发生温度变化或者进行了长时间测量的情况下，图案投影位置发生微小变化。这导致即使在相同的条件下测量相同的被摄体，表面形状的结果也会存在误差。为了解决该问题，日本特开平8-054234提出了一种通过配置多个精确地已知相距三维测量设备的距离的对象来校准基线长度、投影单元的投影角度和摄像单元的摄像角度这三个参数的方法。日本特开平5-248830提出了一种通过对从投影单元投影至三维测量设备内部的测量光束进行分光并获得预先存储的光束投影位置与分离出的光束的投影位置之间的差来执行校准的方法。然而，在日本特开平8-054234中，需要精确地获知各对象与设备之间的距离，并且实际操作中的设置也较为麻烦。另外，由于各对象和设备本身之间的距离可能随着时间而变化，因此校准值的可靠度低。在日本特开平5-248830中，向该设备添加新的设备。这在设备的小型化和成本方面造成问题。
技术实现思路
本专利技术是考虑到上述问题而做出的，并且提供一种能够校准测量误差的三维测量设备。根据本专利技术的一个方面，提供一种三维测量设备，包括投影单元和摄像单元，其中所述投影单元用于对预定图案进行投影，并且所述摄像单元用于对投影了所述图案的被摄体进行拍摄，所述三维测量设备还包括检测单元，用于在所述摄像单元所拍摄的图像中，检测被投影到测量空间内的同一平面上预先设置的多个图案检测区域的所述图案在摄像像素面上的位置信息；以及对应关系计算单元，用于使用所述位置信息，来计算测量之前预先检测到的所述投影单元的投影像素面上的所述图案与测量时所述投影单元的投影像素面上的所述图案之间的对应关系。根据本专利技术的另一方面，提供一种三维测量设备的三维测量方法，所述三维测量设备包括投影单元和摄像单元，其中所述投影单元用于对预定图案进行投影，并且所述摄像单元用于对投影了所述图案的被摄体进行拍摄，所述三维测量方法包括以下步骤检测步骤，用于在所述摄像单元所拍摄的图像中，检测被投影到测量空间内的同一平面上预先设置的多个图案检测区域的所述图案在摄像像素面上的位置信息；以及计算步骤，用于使用所述位置信息，来计算测量之前预先检测到的所述投影单元的投影像素面上的所述图案与测量时所述投影单元的投影像素面上的所述图案之间的对应关系。根据本专利技术，可以提供一种能够校准测量误差的三维测量设备。通过以下(参考附图)对典型实施例的说明，本专利技术的其它特征将变得明显。·附图说明图I是示出根据实施例的三维测量设备的基本结构的框图；图2A 2F是示出投影图案的例子的图；图3A 3D是用于说明三维测量设备所进行的校准和三维测量处理的示意过程的图；图4是用于说明根据第一实施例的三维测量设备所进行的校准和三维测量处理的过程的流程图；图5是示出根据第二实施例的投影图案的图；图6是用于说明根据第二实施例的线性插值的图；以及图7是用于说明根据第三实施例的极线约束(epipolar constraint)的图。具体实施例方式第一实施例图I是示出根据本实施例的三维测量设备的基本结构的框图。测量设备的基本结构包括投影仪3，用于将图案投影到被摄体2上；照相机4，用于对投影了图案的被摄体2进行拍摄；以及测量计算单元1，用于指示进行图案的投影和拍摄并且对所拍摄的图像数据执行计算处理，由此进行三维测量。测量计算单元I包括中央控制单元5、图案存储器6、图像存储器7、参数存储单元8、测量处理单元9、区域检测单元10、第一计算单元11、第二计算单元12以及基准信息处理单元13。这些单元通过总线彼此连接以发送/接收命令和数据。图案存储器6由诸如ROM等的存储单元构成。图案存储器6存储用于对投影仪3要投影的图案进行设置的图案形状程序和用于对投影时间进行设置的时间帐户程序等。中央控制单元5具有用于指示属于测量计算单元I的各单元的功能。在接收到来自中央控制单元5的投影指令时，图案存储器6将图案发送至投影仪3。在图案存储器6中准备了诸如用于三维测量的测量图案、用于校准测量误差的校准图案以及用于同时执行三维测量和校准的校准测量图案等的多个图案。校准测量图案是校准图案和测量图案的组合。稍后将参考图2A 2F说明测量图案和校准图案。图案存储器6根据来自中央控制单元5的指令发送图案中的一个。中央控制单元5具有用于使投影仪3用作投影单元的中央控制单元的功能。时间帐户信号被发送至投影仪3和照相机4以对图案投影和拍摄定时进行管理。照相机4用作用于获取所拍摄图像的摄像单元。将照相机4所拍摄的图像数据(所拍摄图像)临时存储在图像存储器7中。图像存储器7根据来自中央控制单元5的指令将图像数据发送到测量处理单元9或区域检测单元10。发送到测量处理单元9的过程是不对测量误差进行校准的过程。发送到区域检测单元10的过程是用于校准测量误差的过程。在实际处理中，对于三维测量处理，图像数据经过了二值化处理和锐化处理等。这些处理与本实施例不相关，并且将省略对其的说明。在本实施例中，假定从图像存储器7发 送来的图像数据已经过了所需处理。区域检测单元10针对图像数据在同一预定平面上设置多个区域，检测投影在各个区域上的校准图案，并且根据校准图案的几何特征来检测用作图案的位置信息的位置坐标。通过绘出照相机4的摄像像素面的像素的坐标系上的坐标来表示作为检测结果的位置坐标。为了如本专利技术的目的那样进行误差校正，需要在测量之前预先检测图案的位置信息并且设置基准位置。在本实施例中，在进行用于获得投影仪3和照相机4的转动/平移信息以及作为投影单元和摄像单元的设备特定参数的校准值的校准时还检测图案位置坐标的基准位置。将所检测到的摄像像素面上的图案位置坐标发送到基准信息处理单元13。将在测量时检测到的摄像像素面上的图案位置坐标发送到第一计算单元11。基准信息处理单元13使用图案位置坐标的基准位置，来对校准时的照相机4的摄像像素面和投影仪3的投影像素面之间的对应关系进行计算。稍后将参考图3A 3D说明图案存储器6中所存储的图案的对应关系。参数存储单元8由诸如ROM或RAM等的存储单元构成。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维测量设备，包括投影单元和摄像单元，其中所述投影单元用于对预定图案进行投影，并且所述摄像单元用于对投影了所述图案的被摄体进行拍摄，所述三维测量设备还包括：检测单元，用于在所述摄像单元所拍摄的图像中，检测被投影到测量空间内的同一平面上预先设置的多个图案检测区域的所述图案在摄像像素面上的位置信息；以及对应关系计算单元，用于使用所述位置信息，来计算测量之前预先检测到的所述投影单元的投影像素面上的所述图案与测量时所述投影单元的投影像素面上的所述图案之间的对应关系。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：高林志几，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：