三维测量装置和三维测量方法制造方法及图纸

一种执行对被测点的三维测量的三维测量装置，所述三维测量装置包括：图像形成单元，其可以检测至少两种颜色；分束器，其对从多个路径入射的光图像进行合成；镜，其使所述被测点的光图像的形成位置滑动预定的距离；着色单元，其对入射到所述分束器的一路径的光图像施加预定的颜色；旋转单元，其使所述分束器和所述镜按预定的旋转速度旋转；以及计算单元，其基于所述图像形成单元记录的光图像来计算所述被测点的三维位置。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【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装置，更具体地，涉及使得即使在多个被测点彼此重叠时也可以精确地执行对各个测量点的三维测量的。
技术介绍
常规上，已知一种使用利用多个CCD摄像机的立体视(stereoview)原理的三维测量方法。根据该常规技术，需要在从不同方向记录的图像之间对测量点进行匹配，并且对这些图像的处理复杂且模糊。图7是被设计以解决上述常规问题的三维测量装置的示意性结构图。三维测量装置100通过由电机30旋转的传动装置(gear)31来使得旋转筒33旋转，从而使装配到旋转筒33的前端的镜34和35旋转。利用这种布置，摄像机32记录被测点37的圆形轨迹(streak)图像36。图8是根据另一方法的三维测量装置的示意性结构图。三维测量装置200使用电机(未示出)通过传动装置41来使旋转筒42旋转，从而使按一角度装配到旋转筒42的前端的反射器43旋转。利用这种布置，摄像机40记录被测点44的圆形轨迹图像45。通过根据到测量点的距离适当地使用三维测量装置100和200，可以在测量点的数量少并且测量点的移动速度低时令人满意地执行三维测量。三维测量装置100被授权为日本专利第3346662号。然而，当测量点的移动速度快时，如图9所示，测量点的轨迹图像变成螺旋形。在该螺旋形移动轨迹中，螺旋形轨迹的大小变化和螺距(pitch)对应于三维速度信息。当可以对该关系进行分析时，可以同时获得位置的三个分量和速度的三个分量。然而，根据常规装置，很难在测量点的数量大的情况下对重叠轨迹进行分析。通过使系统按比测量点的移动速度快得足够多的速度旋转，可以近似地对圆形轨迹进行分析。然而，希望并非近似的对螺旋形图像的精确分析。鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种三维测量装置，其即使在存在大量圆形轨迹图像时也可以通过同时记录被测点的圆形轨迹图像和直线轨迹图像来对三维图像进行有效分析。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的权利要求1提供了一种三维测量装置，其执行对被测点的三维测量，所述三维测量装置包括图像形成单元，其可以检测至少两种颜色；分束器，其对从多个路径入射的光图像进行合成；镜，其使所述被测点的光图像的成像位置滑动预定的距离；着色单元，其对入射到所述分束器的一路径的光图像施加预定的颜色；旋转单元，其使所述分束器和所述镜按预定的旋转速度旋转；以及计算单元，其基于通过所述图像形成单元记录的光图像来计算所述被测点的三维位置。根据本专利技术，使用分束器以使得可以同时记录直线轨迹图像(被测点的直接图像)和常规的圆形轨迹图像。此外，直线轨迹图像入射到的分束器表面装配有彩色膜，由此对入射的光图像进行着色。因此，通过对这些图像进行处理可以分别地识别圆形轨迹图像和直线轨迹图像。所述三维测量装置进一步包括计算单元，该计算单元基于图像形成单元记录的圆形轨迹图像和直线轨迹图像来计算三维位置。根据本专利技术，通过使用分束器，可以合成地记录常规的圆形轨迹图像和经着色的直线轨迹图像，可以指定许多重叠的圆形轨迹图像。因此，可以有效地分析三维图像。权利要求2提供了该三维测量装置，其中所述计算单元从所述图像形成单元获得经过了所述着色单元的所述被测点的直线轨迹图像以及来自所述旋转单元使其旋转的所述镜的圆形轨迹图像，由此计算所述被测点的移动方向以及到所述被测点的距离，并且由此测量所述被测点的三维位置和移动速度。图像形成单元检测经着色直线轨迹图像以及圆形轨迹图像。例如，具有三基色CDD的彩色摄像机检测经着色直线轨迹图像和被测点的圆形轨迹图像。计算单元用PC等来检测图像信号，使用直线轨迹图像来计算被测点的移动距离和方向，并且使用圆形轨迹图像计算到被测点的距离。计算单元可以根据计算结果获得被测点的三维位置。根据本专利技术，因为图像形成单元检测经着色直线轨迹图像和圆形轨迹图像，所以计算单元可以根据直线轨迹图像计算被测点的移动距离和方向，并且根据圆形轨迹图像计算到被测点的距离。计算单元可以根据计算结果获得被测点的三维位置并且同时识别各个被测点。权利要求3提供了该三维测量装置，其中所述计算单元根据所述图像形成单元记录的所述直线轨迹图像来获得所述圆形轨迹图像的中心，并且提取与所述中心对应的圆形轨迹图像，由此使得可以从多个圆形轨迹图像中识别出特定的圆形轨迹图像。当大量圆形轨迹图像重叠时，为了识别各个圆形轨迹图像，首先通过彩色图像处理来识别圆形轨迹图像的中心，并且提取与所述中心对应的圆形轨迹图像。利用这种设置，即使当在图像中存在大量圆形轨迹时，也可以有效地执行分析。根据本专利技术，根据图像形成单元记录的直线轨迹图像来获得圆形轨迹图像的中心，由此提取与所述中心对应的圆形轨迹图像。利用这种设置，即使当在图像中存在大量圆形轨迹时，也可以有效地执行分析。权利要求4提供了该三维测量装置，其中所述镜与所述分束器之间的距离可以改变以使得可以调节所述圆形轨迹图像的偏移量。因为可以通过改变镜与分束器之间的距离来改变图像的偏移量，所以可以根据对象的距离来执行测量。例如，当镜固定于分束器时，当被测点很远时偏移量变小。这使得不能执行测量。在此情况下，通过增大镜与分束器之间的距离，偏移量增大并且可以执行测量。根据本专利技术，因为可以改变镜与分束器之间的距离，所以可以基于被测点的距离来调节圆形轨迹图像的偏移量。权利要求5提供了该三维测量装置，其中，当所述旋转单元是基于脉冲的相位差而旋转的脉冲电机时，所述计算单元分别计算所述脉冲电机在所述圆形轨迹图像的起始点和结束点的旋转角，由此检测所述圆形轨迹图像的所述起始点的位置和所述结束点的位置。为了分析螺旋形轨迹，脉冲电机在要对其进行图像形成的轨迹的起始点和结束点的旋转角是必要的。在脉冲电机的Z相位将计数器复位到零，并且该计数器对脉冲进行计数。将产生图像信号的垂直同步信号时的计数器输出读取到个人计算机中。利用这种设置，可以检测螺旋的描绘起始位置(方向)和描绘结束位置(方向)。检测到的信息可以用于对螺旋的自动分析。根据本专利技术，当旋转单元是脉冲电机时，计算单元计算脉冲电机在圆形轨迹图像的起始点和结束点的旋转角。因此，可以检测螺旋的描绘起始位置(方向)和描绘结束位置(方向)。检测到的信息可以用于对螺旋的自动分析。权利要求6提供了一种对被测点进行三维测量的三维测量方法，所述方法包括图像形成单元，其可以检测至少两种颜色；分束器，其对从多个路径入射的光图像进行合成；镜，其使所述被测点的光图像的像聚焦位置滑动预定的距离；着色单元，其对入射到所述分束器的一路径的光图像施加预定颜色；旋转单元，其使所述分束器和所述镜按预定的旋转速度旋转；以及计算单元，其基于所述图像形成单元记录的光图像来计算所述被测点的三维位置，其中，所述计算单元从所述图像形成单元获得经过了所述着色单元的所述被测点的直线轨迹图像、以及来自所述旋转单元使其旋转的所述镜的圆形轨迹图像，以计算所述被测点的移动方向和到所述被测点的距离，由此测量所述被测点的三维位置和移动速度。通过本专利技术可以实现与根据权利要求1和2所述的操作效果相同的操作效果。权利要求7提供了该三维测量方法，其中，所述计算单元根据所述图像形成单元记录的所述直线轨迹图像来获得所述圆形轨迹图像的中心，并且提取与所述中心对应的圆形轨迹图像，由此使得可以从多个圆形轨迹图像中识别出特定的圆形轨迹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：川末纪功仁，大宅雄一郎，
申请(专利权)人：独立行政法人科学技术振兴机构，
类型：发明
国别省市：