[發(fā)明專利]三維計測裝置及其方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980136902.5
• 申請日: 2009-09-17
• 公開（公告）號: CN102159917A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 大西康裕;諏訪正樹;莊沱
• 申請（專利權(quán)）人: 歐姆龍株式會社
• 主分類號: G01B11/245
• 分類號: G01B11/245
• 代理公司: 隆天國際知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 浦柏明;徐恕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及對計測對象物特別是鏡面的計測對象物的三維形狀進行計測的技術(shù)。

背景技術(shù)

如圖12所示，三維計測(三角測量)是這樣的技術(shù)：根據(jù)用不同拍攝角度的多個照相機拍攝得到的圖像，來調(diào)查(研究)像素的對應關(guān)系，并通過計算視差來計測距離。通常，調(diào)查對應的像素時，將亮度值用作特征量。

在這里，在計測對象物為鏡面物體的情況下，拍攝到圖像中的亮度值，并不表示物體表面本身的特征量，而是由周圍物體映在該計測對象物上的情況來決定的。因此，如圖13所示，用兩臺照相機101、102對鏡面物體進行拍攝時，對來自光源L1的光線進行反射的物體表面的位置變?yōu)椴煌奈恢谩Ｈ绻麑⑦@些點作為相對應的像素來進行三維測量，則實際上計測圖中的點L2的位置而產(chǎn)生誤差。據(jù)照相機的拍攝角度差越大則該誤差越大。此外，還會發(fā)生基于照相機特性差異的誤差。

已提出了這樣的三維測量的技術(shù)：為了排除因照相機的位置及特性差異導致的誤差的影響，以光度立體視覺法求出法線圖，并根據(jù)該法線圖進行區(qū)域劃分，并對各區(qū)域分別利用平均法線建立對應關(guān)系。(專利文獻1)。

專利文獻1：日本特開昭61-198015號公報

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的問題

然而，如上述在使用以往的技術(shù)的情況下，發(fā)生如下述問題。

在以亮度值作為特征量將以往的三維測量法應用于鏡面物體的情況下，由于因多個照相機的特性差異及照相機配置而使拍攝圖像的亮度值受到影響，所以給像素的建立對應關(guān)系帶來誤差。在測定對象的表面為鏡面的情況下，該影響將變大。

在專利文獻1記載的方法中，由于著眼于以法線作為測定對象的固有的信息，所以能夠減小因照相機的配置或特性的差異所帶來的誤差，但是區(qū)域劃分會導致誤差。特別是，就球等的具有平滑連續(xù)面的測定對象而言，通過區(qū)域劃分，只能計測為面分辨率粗糙且具有棱角的三維形狀。此外，建立對應關(guān)系時，調(diào)小照相機的輻輳角而在多個照相機之間視為具有同一坐標系，因此，如果調(diào)大輻輳角就會因法線坐標系的差異而降低建立對應關(guān)系的精度。

本發(fā)明是鑒于上述實情做出的，其目的在于，提供一種能夠不受基于照相機的位置及特性差異影響且以高精度測定鏡面物體的三維形狀的技術(shù)。

用于解決問題的手段

為了達成上述目的，本發(fā)明的三維計測裝置，一種三維計測裝置，用于對作為鏡面物體的計測對象物的三維形狀進行計測，其特征在于，具有：多個照相機；特征取得單元，其根據(jù)所述多個照相機拍攝得到的各圖像，取得所述計測對象物的表面的物理特征；對應像素搜索單元，其利用所述物理特征，在所述多個照相機拍攝得到的圖像之間搜索相對應的像素；測量單元，其基于相對應的像素之間的視差來進行三維測量。

利用映入鏡面物體表面的亮度信息來取得像素的對應關(guān)系時產(chǎn)生誤差是因為，亮度信息并不是鏡面物體的表面自身的特征，而是因周圍的照明等條件而變化的信息。因此，在本發(fā)明中，取得鏡面物體的表面的物理特征并利用該特征來取得像素的對應關(guān)系，由此不受照相機的位置及姿勢的影響就能夠高精度地匹配，從而能夠以高精度測定計測對象物的三維形狀。

優(yōu)選利用以表面的法線方向作為如上述的計測對象物的表面的物理特征的方法。此外，除了法線還可以利用計測對象物的表面的分光特性或反射特性。這些物理特征均是計測對象物的固有的信息，所以不受照相機的位置及姿勢的影響。

在本發(fā)明中優(yōu)選還具有坐標轉(zhuǎn)換單元，其利用轉(zhuǎn)換參數(shù)，將由多個照相機拍攝得到的圖像的坐標系轉(zhuǎn)換為共通坐標系。該情況下，所述對應像素搜索單元利用坐標轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換到共通坐標系中的法線方向，來搜索在圖像之間相對應的像素。

在執(zhí)行用于統(tǒng)一多個拍攝圖像之間的坐標系的坐標轉(zhuǎn)換處理之后進行匹配，由此將照相機之間的輻輳角調(diào)大也不會降低匹配的精度。以此，能夠較靈活地確定照相機的配置。

此外，在所述坐標轉(zhuǎn)換單元中的轉(zhuǎn)換參數(shù)是從預先進行照相機校準(校對)而得到的參數(shù)中提取出來的。

另外，在本發(fā)明的對應像素搜索單元優(yōu)選對特定區(qū)域內(nèi)的物理特征進行比較，從而搜索在圖像之間相對應的像素，所述特定區(qū)域包括關(guān)注的像素，并且具有規(guī)定寬度。連周圍的物理特征都包括起來進行比較，由此能夠以高精度進行匹配。

此外，本發(fā)明可以解釋為具有上述單元的至少一部分的三維計測裝置。此外，本發(fā)明可以解釋為包括上述處理的至少一部分的三維計測方法，或者是為了實現(xiàn)所涉及方法的程序。各上述單元以及處理可以盡可能互相組合起來構(gòu)成本發(fā)明。

發(fā)明效果