三维测量装置和三维测量方法制造方法及图纸

从投影机使格子移动而对作为测量对象的物体进行多次投影，并且利用摄像机拍摄将格子投影后的作为测量对象的物体，向作为测量对象的物体的三维形状变换。在距离摄像机近的位置和远的位置设置2台投影机，通过由从距离摄像机近的位置的投影机投影时的图像求出的相位，将由从距离摄像机远的位置的投影机投影时的图像求出的相位向唯一地表示沿从摄像机的视线方向的位置的相位变换。能够在短时间准确地测定物体的三维形状。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及三维测量，特别是涉及利用相位移动法得到的相位的连接。
技术介绍
通过从投影机将格子投影到测量对象物体，用摄像机拍摄图像，而求取测量对象物体(以下简称为“测量物体”)的三维形状(例如专利文献1:日本专利3536097)。在投影机的前表面配置透光度以正弦波状周期性地变化的格子，使格子的位置每隔正弦波的周期的例如1/4移动，例如进行4次拍摄。如果设4张图像中的相同像素的亮度为10?13，则(11-13)/(10-12)表示相对于格子的像素的相位，相位表示从投影机观察到的测量物体的方向。从摄像机观察到的像素的方向是已知的，因此若从投影机观察到的测量物体的方向确定，则根据立体测量的原理，测量物体表面的三维位置就确定了。由于使用格子的相位，因此该方法被称为相位移动法。 利用相位移动法测定的是0?2π的相位。为了高精度地测定三维形状，而使用周期性地重复的格子，因此需要判别是相对于第几个格子的相位。以下，将格子的编号设为η,将0?2 π的相位设为Θ ,将在相位θ加上编号η而变换为2η π + Θ的相位这一情况称为相位连接。已知在相位Θ在相邻的像素间连续地变化的情况下，加上相位连续地变化这一条件，变换为2ηπ + θ的相位。但是在相邻的像素间相位Θ大幅跳跃的情况下，即相位Θ不连续地变化的情况下，相位连接是困难的。 对于这一点，专利文献1:日本专利3536097公开了使用格子的空间频率(格子的间距的倒数)周期性地变化的频率调制格子。但是这种格子难以制作，在空间频率低的部分，相位的分辨率较低，三维测量的分辨率也较低。专利文献2:日本专利3500430提出了使用将间距之比为m:n的2种格子合成后的单色矩形波格子，但mXn张图像需要的拍摄时间长，而格子的对比度低，因此相位Θ的测定精度较低。专利文献3:日本专利4170875提出了通过使格子沿从投影机的投影方向移动，而得到与将多个格子投影后的结果相同的结果。但是该方法中，需要使格子向相对于投影机的垂直方向(投影方向)移动的机构。 在先技术文献 专利文献 专利文献1:日本专利3536097 专利文献2:日本专利3500430 专利文献3:日本专利4170875
技术实现思路
本专利技术的课题是能够不显著增加测量时间且简单地将相位Θ连接。 本专利技术的三维测量装置，具备:投影机，将格子以移动自如的方式投影到作为测量对象的物体；摄像机，拍摄作为测量对象的物体；计算机，由使格子的位置移动后的多个图像求出相对于格子的作为测量对象的物体的相位，向作为测量对象的物体的三维形状变换，其特征在于， 在距离摄像机相对近的位置和相对远的位置设置2台所述投影机， 所述计算机具备: 相位解析部，由从距离摄像机近的位置的投影机投影时的图像，求出作为测量对象的物体的表面的粗略的相位，并且由从距离摄像机远的位置的投影机投影时的图像，求出作为测量对象的物体的表面的精确的相位； 相位连接部，将所述精确的相位通过所述粗略的相位向唯一地确定沿从摄像机的视线方向的作为测量对象的物体的表面的位置的相位变换。 本专利技术的三维测量方法的特征在于，执行以下步骤: 通过三维测量装置的相位解析部，由从距离摄像机近的位置的投影机投影时的图像求出作为测量对象的物体的表面的粗略的相位； 通过三维测量装置的相位解析部，由从距离摄像机远的位置的投影机投影时的图像求出作为测量对象的物体的表面的精确的相位； 通过三维测量装置的相位连接部，将所述精确的相位通过所述粗略的相位向唯一地表示沿从摄像机的视线方向的作为测量对象的物体的表面的位置的相位变换。求出粗略的相位的步骤和求出精确的相位的步骤先执行哪一个都可以。 如图6所示，若利用距离摄像机近的一侧的投影机投影，则得到唯一地表示沿摄像机的视线方向的位置的相位(粗略的相位)，但该相位的空间分辨率低。若利用距离一方摄像机远的一侧的投影机投影，则空间分辨率高，但得到无法唯一确定沿摄像机的视线方向的位置的相位(精确的相位)。由粗略的相位可知测量物体表面的三维坐标的概略值，由此可知精确的相位的概略值。另外，粗略的相位连续地变化的情况下，精确的相位也连续地变化，因此能够限制精确的相位能够取值的范围。因此能够将粗略的相位向唯一地决定沿摄像机的视线方向的位置的精确的相位变换。然后通过精确的相位能够准确地决定物体的三维形状。 本专利技术中，不需要像现有技术这样拍摄mXn张图像，因此能在短时间进行测量。另外，不需要沿视线方向使格子移动，而且也不需要使用频率调制格子。投影机的台数为至少2台，摄像机为至少I台，优选设置多台。本说明书中，关于三维测量装置的记载也直接适用于三维测量方法，反过来关于三维测量方法的记载也直接适用于三维测量装置。 优选的是，格子为周期性的格子，设格子的I个周期为O以上且小于2 π时，精确的相位为OS θ <2π的Θ，相位连接部设格子的距离基准点的周期的数量为η，由粗略的相位求出η，从而求出2n + Θ作为唯一确定的相位。 优选的是，设置控制单元，该控制单元以在距离摄像机相对近的投影机使格子移动的期间从距离摄像机相对远的投影机投射格子，在距离摄像机相对远的投影机使格子移动的期间从距离摄像机相对近的投影机投射格子的方式，控制2台投影机。在投射格子后的图像(以下有时简称为图像)的取得中最需要时间的是格子的移动。并且在一方的投影机使格子移动的期间，利用另一方的投影机投影而利用摄像机拍摄，因此图像的取得所需要的时间实质上没有增加，能够在短时间取得图像。因此即使是人体、动物、正在振动的物体等难以固定形状的物体，也能够容易地测定三维形状。 特别优选的是，所述控制手段构成为，设所述摄像机为第一摄像机，在距离第一摄像机相对远的投影机的附近设置第二摄像机，不管是在距离第一摄像机相对近的投影机投影时，还是在相对远的投影机投影时，都使第一摄像机和第二摄像机一起拍摄作为测量对象的物体。这样，可得到来自2台摄像机的图像，减少三维形状的测定中的死角。第二摄像机是离距离第一摄像机远的一侧的投影机相对近，而离距离第一摄像机近的一侧的投影机相对远的摄像机。 【附图说明】 图1是实施例的三维测量装置的框图； 图2是表示实施例中的测量物体和单元的图； 图3是实施例中的测量用个人计算机的框图； 图4是表示实施例中的三维测量算法的流程图； 图5是表示实施例中的发光及拍摄与格子的移动的图； 图6是说明实施例中的粗略的相位和精确的相位的图； 图7是表示实施例中的相位连接的图； 图8是表示实施例中的测量结果的图。 【具体实施方式】 以下示出用于实施专利技术的最优实施例。 实施例 图1?图8中，示出实施例的三维测量装置2和三维测量方法。图1中，4是格子的投影和拍摄用的单元，例如在作为测量对象的物体(以下称为测量物体)1的周围配置4台。测量物体1为例如人体、家具、机械、汽车、电子设备、建筑物等，设置4台单元4是为了对测量物体1的全周进行三维测量。对全周进行测量时例如设置3台以上且6台以下的单元4，如果仅对1面进行测量，则也可以为1个单元。6为控制器，控制单元4中的格子的移动及投影机的发光和基于摄像机的拍摄，经由向单元4送出与它们相关的指令。另本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维测量装置，具备：投影机，将格子以移动自如的方式投影到作为测量对象的物体；摄像机，拍摄作为测量对象的物体；计算机，由使格子的位置移动后的多个图像求出相对于格子的作为测量对象的物体的相位，向作为测量对象的物体的三维形状变换，其特征在于，在距离摄像机相对近的位置和相对远的位置设置2台所述投影机，所述计算机具备：相位解析部，由从距离摄像机近的位置的投影机投影时的图像，求出作为测量对象的物体的表面的粗略的相位，并且由从距离摄像机远的位置的投影机投影时的图像，求出作为测量对象的物体的表面的精确的相位；相位连接部，将所述精确的相位通过所述粗略的相位向唯一地确定沿从摄像机的视线方向的作为测量对象的物体的表面的位置的相位变换。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.12 JP 2012-1329601.一种三维测量装置，具备:投影机，将格子以移动自如的方式投影到作为测量对象的物体；摄像机，拍摄作为测量对象的物体；计算机，由使格子的位置移动后的多个图像求出相对于格子的作为测量对象的物体的相位，向作为测量对象的物体的三维形状变换，其特征在于， 在距离摄像机相对近的位置和相对远的位置设置2台所述投影机， 所述计算机具备: 相位解析部，由从距离摄像机近的位置的投影机投影时的图像，求出作为测量对象的物体的表面的粗略的相位，并且由从距离摄像机远的位置的投影机投影时的图像，求出作为测量对象的物体的表面的精确的相位； 相位连接部，将所述精确的相位通过所述粗略的相位向唯一地确定沿从摄像机的视线方向的作为测量对象的物体的表面的位置的相位变换。2.根据权利要求1所述的三维测量装置，其特征在于， 所述格子为周期性的格子， 设格子的1个周期为0以上且小于2 31时，所述精确的相位为0彡0?2？1的0， 所述相位连接部构成为，设格子的距离基准点的周期的数量为II，由所述粗略的相位求出II，从而求出21131 + 0作为所述唯一确定的相位。3.根据权利要求2所述的三维测量装置，其特征在于， 具备控制单元，该控制单元以在距离摄像机相对近的投...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩井一能，
申请(专利权)人：株式会社岛精机制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP