[發明專利]三維測定裝置和三維測定方法

有效

• 申請號: 201780054883.6
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN109690241B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 付星斗;諏訪正樹;長谷川友紀
• 申請（專利權）人: 歐姆龍株式會社
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25;G06T7/00;G06T7/60
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 馬建軍;鄧毅

三維測定裝置的特征在于，具有：投影單元，其將具有二維編碼圖案的圖案光投影到所述測定對象物上，所述二維編碼圖案是二維地配置分別具有不同的二維構造且能夠相互區分的多個種類的字而成的；攝像單元，其拍攝被投影所述圖案光的所述測定對象物；以及計算單元，其根據由所述攝像單元拍攝到的圖像計算該圖像的對象像素的三維位置，所述二維編碼圖案二次對稱。優選二維編碼圖案是按照每列在列方向上重復規定的字而得到的圖案，從一端起第k列的字與使從另一端起第k列的字旋轉180°而得到的字相同。此外，優選投影單元通過衍射光學元件生成圖案光。

技術領域

本發明涉及對圖案光進行投影而對測定對象物的三維位置進行測定的三維測定技術。

背景技術

作為對測定對象物的三維形狀進行測定的方法，公知有主動型計測(active計測)。在主動型計測中，在對測定對象物投影圖案光的狀態下進行拍攝，根據拍攝到的圖像上的圖案的位置，使用三角測量的原理求出測定對象物的三維形狀(各像素的三維位置)。

在主動型計測中，僅根據一張圖像就能夠測定三維形狀的單觸發主動測量也是特別有益的技術。其理由可舉出：第一，由于僅利用一張圖像，因此能夠進行實時測量；第二，還能夠測量移動物體；第三，在攝像機移動的情況下(例如在攝像機安裝在機器人的手上的情況下)也能夠進行測量。

單觸發主動測量能夠大致分成ToF(Time-of-Flight：飛行時間)法和使用構造光(圖案光)的方法這兩種。ToF法是根據從傳感器發光部發出的光到達受光部為止的光路長度來測定距離的方式。另一方面，在使用構造光的方法中，在對測定對象物投影圖案光的狀態下進行拍攝，根據拍攝到的圖像上的圖案的位置求出測定對象物的三維形狀。在本說明書中，對使用構造光的方法進行說明。使用構造光的方法具有高精度(特別是在近距離中)、寬視野、低成本這樣的優點。

作為構造光的一例，專利文獻1公開有使用隨機點圖案的方法。非專利文獻2提示使用具有隨機構造的圖案的系統。但是，當使用隨機點時，存在作為基礎的算法即模板匹配所需要的計算量增多這樣的問題。

此外，非專利文獻1和專利文獻2公開有使用進行空間編碼后的圖案光的方法。非專利文獻1和專利文獻2中的二維圖案具有二維地鋪設被稱作圖元(primitive)的圖案結構要素而得到的構造。包含多個圖元的窗口(例如由2×3的圖元構成)能夠由該窗口中包含的多個圖元來確定。因此，根據攝影圖像檢測圖元的排列，由此能夠計算三維位置。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2004-212385號公報

專利文獻2：美國專利第8090194號說明書

非專利文獻

非專利文獻1：P.Vuylsteke and A.Oosterlinck,Range image acquisitionwith a single binary-encoded light pattern,IEEE Trans.Pattern Analysis andMachine Intelligence,Vol.12,No.2,pp.148-164,1990.

非專利文獻2：Hiroshi Kawasaki,Hitoshi Masuyama,Ryusuke Sagawa and RyoFurukawa,“Single Color One-shot Scan using Topology Information”,ComputerVision ECCV 2012.Workshops and Demonstrations,DOI 10.1007/978-3-642-33885-4_49

發明內容

發明要解決的課題