三维测量设备、三维测量方法和计算机程序技术

基于将不具有重叠的边缘位置的多个频率的狭缝状光图案投射到被摄体上时的所拍摄图像，来识别这些狭缝状光图案的边缘部分。在两个以上的狭缝状光图案的所拍摄图像中边缘部分重叠的情况下，与这些边缘相对应的位置的计算距离值的可靠度下降。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种三维测量设备、三维测量方法和计算机程序。
技术介绍
在诸如制品的三维形状检查、物理尺寸测量和组装定位等的通常被称为机器人视觉的领域中使用针对三维形状的测量设备。存在针对三维形状的非接触测量的各种方法，并且这些方法既有优点也有缺点。例如，作为三维形状的测量方法的使用激光狭缝光的光切法的优点在于可以使用诸如扫描器、反射镜和半导体激光器等的紧凑型组件来执行该方法。然而，光切法的缺点在于该方法需要拍摄与扫描线一样多的图像，因而不利于对具有三维形状的物体进行高速测量。作为用以克服这种缺陷的方法，存在被称为空间编码法的如下方法通过将作为明暗图案的狭缝状光图案投射到物体上以进行空间分割，来测量三维形状。在该空间编码法中，要拍摄的图像的数量仅需为(Iog2N),其中N是空间分割数。因而，与光切法相比，空间编码法使得能够利用较少的所拍摄图像来测量具有三维形状的物体。然而，在空间编码法中，在进行空间分割时，空间分割的分辨率受到投射图案的量化所使用的位数限制。因而，存在被称为多狭缝光空间测量法的如下方法使用空间编码法一直达到特定阶段，并且同时利用光切法来测量空间分割后的各区域的三维形状(参考专利文献I)。该方法与光切法相比使得能够利用甚至更少的所拍摄图像来测量具有三维形状的物体，并且与仅使用空间编码法的测量相比使得能够利用更高的空间分辨率来测量具有三维形状的物体。迄今为止，使用上述原理已提高了物体的三维形状的测量精度。通过例如投射激光狭缝状光或狭缝状光图案来测量形状的三维形状测量设备根据投射光的反射光的拍摄状态而在针对测量值所基于的测量线的检测方面存在问题。换句话说，根据表示来自物体的光的反射特性的双向反射率分布函数(BRDF)，在理想状态(漫反射)下可能无法进行测量线的检测并且可能存在镜面性。由于该情况，例如，在三维形状测量设备中，对测量线的间接反射进行测量。在这种情况下，由于观察到真实的测量线(由于直接反射所引起的测量线)和虚假的测量线(由于间接反射所引起的测量线)，因此测量距离值的可靠度可能变低。此外，在被摄体的反射强度低的情况下，测量线的信噪比(S/N比)可能下降，这导致难以观察到物体并且在例如观察到大量噪声成分的情况下测量距离值的可靠度下降。另外，在从被摄体的观察方向观看被摄体的情况下出现依赖于该被摄体的倾斜状态的问题。在被摄体的表面与三维测量设备的投射器设备和照相机设备的光轴垂直的情况下，这被视为作为测量状态的良好状态。然而，在被摄体的表面与三维测量设备的投射器设备和照相机设备的光轴之间的角度由于倾斜而相对于上述状态改变的情况下，由于激光狭缝光或狭缝状光图案的投射所引起的反射光量下降。这导致观察信号内的噪声增加并且信噪比下降。此外，在测量线之间的距离变得小于照相机设备的像素分辨率的情况下、即在狭缝状光图案的测量分辨率超过照相机设备的分辨率的奈奎斯特(Nyquist)频率的情况下，在图像的相应部分附近测量状态变得不稳定。因而，在专利文献I中，通过将用于检测表示狭缝状光图案的一部分的空间分割的代码的编码错误的光图案投射到物体上，来检测编码错误。然而，专利文献I所公开的方法例如需要投射新的图案以去除间接光的影响。尽管可以测量出间接光的影响，但这导致投射狭缝状光图案的操作次数增加。换句话说，专利文献I所公开的方法在测量三维形状时与通常方法相比需要更加频繁地摄像。因而，专利文献I所公开的方法导致测量时间增加并且难以对物体的三维形状进行高速测量。此外，存在如下情况由于如上所述照相机设备和投射器设备的光轴相对于被摄体的表面发生倾斜而导致拍摄了频率高于Nyquist频率的狭缝状光图案的情况、或者被摄体的反射率低的情况。在专利文献I所公开的方法中，应对在这些情况下发生的信噪比的下降并不容易。引f列表专利文献专利文献1:日本特开2000-337829
技术实现思路
本专利技术是考虑到上述情形而作出的，并且本专利技术的目的在于在空间编码方法中高速地对被摄体的三维形状进行测量。根据本专利技术，前述目的通过提供如下一种三维测量设备来实现，其包括获得单元，用于获得被投射了具有明暗条纹图案的图案光的被摄体的拍摄图像；边缘位置检测单元，用于检测所述拍摄图像中的表示所述图案光的明部和暗部之间的边界的边缘位置；边缘重叠度检测单元，用于检测所述边缘位置检测单元所检测到的边缘位置的重叠度；以及位置计算单元，用于基于所述边缘位置和所述边缘位置的重叠度来计算所述被摄体的位置。通过以下结合附图所进行的说明，本专利技术的其它特征和优点将变得明显，其中在所有附图中，相同的附图标记表示相同或类似的部件。附图说明包含在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并与说明书一起用来解释本专利技术的原理。图1示出三维测量系统的系统结构。图2示出投射到被摄体上的狭缝状光图案的示例。图3示出三维测量系统所进行的三维测量的方法的示例。图4示出三维测量系统的处理单元的软件结构。图5示出要投射到被摄体上的狭缝状光图案的其它示例。图6示出被摄体的实际拍摄图像。图7示出通过投射低频率的狭缝状光图案所获得的边缘位置的计算结果。图8示出通过投射中频率的狭缝状光图案所获得的边缘位置的计算结果。图9示出通过投射高频率的狭缝状光图案所获得的边缘位置的计算结果。图1OA示出边缘重叠值的计算结果。图1OB示出边缘重叠值的计算结果。图11是说明边缘重叠计算处理的流程图。图12示出遮挡(occlusion)的影响的示例。图13示出边缘坐标的计算。图14示出边缘重叠的计算。具体实施例方式将根据附图来详细说明本专利技术的优选实施例。第一实施例首先，将说明第一实施例。图1示出三维测量系统的系统结构的示例。该三维测量系统包括投射器112、照相机113和处理单元100。投射器112将条纹图案光或多狭缝图案光投射到被摄体117上。照相机113拍摄被投射了该图案光或多狭缝图案光的被摄体117 (被摄体117所反射的图案光或多狭缝图案光)的图像。处理单元100指示条纹图案光或多狭缝图案光的投射或拍摄，处理所拍摄图像数据，并且进行被摄体117的三维测量。处理单元100包括中央处理单元(CPU) 110、帧缓冲器111、图像存储器114、存储器115、控制器116、输出单元(未示出)和显示单元(未示出)。这些单元经由总线彼此连接。控制器116是进行自身与存储器115、图像存储器114和帧缓冲器111等之间的通信以及计算的辅助功能的硬件。帧缓冲器111例如由RAM构成。CPUllO使用存储在包括非易失性存储器的存储器115中的图案来构成投射图案，并且将这些投射图案存储在帧缓冲器111中。在包括非易失性存储器的存储器115中存储有针对条纹图案光和多狭缝光的图案形状程序以及用于设置投射时间的计时程序等。控制器116在从CPUllO接收到投射指示时，将条纹图案光形状信号或多狭缝光形状信号从存储器115经由帧缓冲器111发送至投射器112。控制器116基于来自CPUllO的指示将计时信号发送至投射器112和照相机113。由此，对条纹图案光或多狭缝图案光的投射定时和摄像定时进行管理。将照相机113所拍摄到的多个图像数据临时存储在图像存储器114中，并且经由控制器116输出至CPU110。CPUllO对所输入的图像数据进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.19 JP 2010-1841951.一种三维测量设备，包括 获得单元，用于获得被投射了具有明暗条纹图案的图案光的被摄体的拍摄图像； 边缘位置检测单元，用于检测所述拍摄图像中的表示所述图案光的明部和暗部之间的边界的边缘位置； 边缘重叠度检测单元，用于检测所述边缘位置检测单元所检测到的边缘位置的重叠度；以及 位置计算单元，用于基于所述边缘位置和所述边缘位置的重叠度来计算所述被摄体的位置。2.根据权利要求1所述的三维测量设备，其中，所述明暗条纹图案是格雷码。3.根据权利要求1所述的三维测量设备，其中，所述位置计算单元基于所述拍摄图像中所述边缘位置的重叠数量为I的像素来计算所述被摄体的位置。4.根据权利要求1所述的三维测量设备，其中，所述位置计算单元不使用所述拍摄图像中所述边缘位置的重叠数量为2以上的像素来计算所述被摄体的位置。5.根据权利要求1所述的三维测量设备，其中，在所述边缘位置的重叠数量为2以上的情况下，所述边缘位置检测单元通过子像素处理来检测所述明暗条纹图案的边缘位置。6.根据权利要求1所述的三维测量设备，其中，还包括可靠度计算单元，所述可靠度计算单元用于基于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：大泽弘幸，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：
国别省市：