三维几何形状测量装置和三维几何形状测量方法制造方法及图纸

一种三维几何形状测量装置100，包括：虚拟坐标识别部402，其通过将参考仪器上的特征点虚拟投影到拍摄器件的像面上来识别与像面中的特征点相对应的虚拟拍摄像素的坐标；校正部403，其生成用于校正测量目标拍摄图像中包括的测量目标拍摄像素的坐标的校正信息；以及几何形状识别部405，其基于几何特性信息和校正信息，来校正通过用拍摄器件拍摄测量对象而生成的测量目标拍摄图像中包括的多个测量目标拍摄像素的坐标，并且基于基于测量目标拍摄像素的坐标而计算的测量三维坐标来识别测量对象的几何形状。

【技术实现步骤摘要】
三维几何形状测量装置和三维几何形状测量方法
本专利技术涉及用于测量测量对象的三维几何形状的三维几何形状测量装置和三维几何形状测量方法。
技术介绍
光图案投影法利用三角测量的原理，并通过将条纹图案从投影仪投影到测量对象上，然后用相机拍摄根据测量对象的几何形状的变化而变化的图案来执行三维(3D)几何形状测量。在3D几何形状测量中，由于由拍摄部件或投影部件的光学缺陷等引起的图像失真的影响，可能降低测量精度。因此，重要的是，通过拍摄失真校正用参考仪器来获得图像失真以校正图像失真。日本未经审查的专利申请公开No.2017-207346描述了通拍摄参考仪器上的校准图案来校正图像的失真。
技术实现思路
专利技术要解决的问题在日本未审查专利申请公开No.2017-207346描述的方法中，为了确保精度，通过辐射具有特定波长的光来执行校准。但是，由于图像失真的复杂性，因此存在仅利用这种方法难以确保足够的精度的问题。本专利技术着眼于这一点，并且本专利技术的目的是提供一种3D几何形状测量装置和3D测量方法，其能够在处理复杂的图像失真时执行更精确的测量。用于解决问题的方案第一方面的3D几何形状测量装置，其包括拍摄器件，并且基于通过利用拍摄器件拍摄测量对象所获得的测量目标拍摄图像，来测量测量对象的三维几何形状，3D几何形状测量装置包括：参考坐标识别部，其识别通过使用所述拍摄器件拍摄具有多个特征点的参考仪器所生成的参考拍摄图像中与一特征点相对应的参考拍摄像素的坐标；虚拟坐标识别部，其使用(i)表示所述拍摄器件的几何特征的几何特性信息和(ii)在所述拍摄器件与所述参考仪器之间的相对位置和姿势信息，通过将所述参考仪器上的所述特征点虚拟投影到所述拍摄器件的像面上，来识别所述像面中与所述特征点相对应的虚拟拍摄像素的坐标；校正部，其基于所述参考拍摄像素的坐标与所述虚拟拍摄像素的坐标之间的比较，来生成用于校正所述测量目标拍摄图像中所包括的所述测量目标拍摄像素的坐标的校正信息；和几何形状识别部，其基于所述几何特性信息和所述校正信息，来校正通过用所述拍摄器件拍摄所述测量对象所生成的测量目标拍摄图像中所包括的多个所述测量目标拍摄像素的坐标，并且基于依据所述测量目标拍摄像素的坐标而计算的测量三维坐标，来识别测量对象的几何形状。拍摄器件的几何特性信息可包括使用用于光学元件的径向方向上的失真的系数的函数和使用用于光学元件的周向方向上的失真的系数的函数中的至少一个。校正部可以识别在虚拟拍摄像素的坐标和参考拍摄像素的坐标之间的误差，校正部可以生成误差图像，其中，所识别的误差与所识别的误差所对应的像素的坐标相关联，并且几何形状识别部可以基于误差图像中与测量目标拍摄像素相对应的像素的坐标所关联的误差来校正测量目标拍摄像素的坐标，并基于校正后的坐标计算测量三维坐标。校正部可以基于与不关联于所述误差的像素的坐标不同的坐标相关联的多个参考拍摄像素的多个误差来估算与不关联于所述误差的像素的误差，并且通过将与所述估算误差相对应的像素的坐标与所述估算误差相关联来生成误差图像。校正部可以生成多个误差图像，所述多个误差图像对应于通过用拍摄器件在参考仪器安装在多个位置和姿势的状态下拍摄参考仪器所生成的多个参考拍摄图像，该装置还包括合成部，其通过将(i)一个误差图像中的与测量目标拍摄像素相关联的误差和(ii)另一个误差图像中的与相同测量目标拍摄像素相关联的误差求平均，来生成一个或多个平均误差图像。校正部可以生成与围绕在深度方向上的轴线逐渐旋转的参考仪器的多个参考拍摄图像相对应的误差图像。几何形状识别部可以获得与包括在测量目标拍摄图像中的测量目标拍摄像素相对应的测量3D坐标的近似值，并基于通过使用(i)多个误差图像、(ii)与误差图像相对应的参考仪器的位置的深度方向上的坐标、以及(iii)近似值的深度方向上的坐标所识别的误差，来计算测量3D坐标。3D几何形状测量装置可以进一步包括投影器件，该投影器件投影投影图像，其中，图像拍摄器件可以通过拍摄在其上投影投影图像的测量对象来生成所述测量目标拍摄图像。第二方面的3D几何形状学测量方法是一种用于基于通过用拍摄器件拍摄测量对象所获得的测量目标拍摄图像来测量测量对象的3D几何形状的3D几何形状测量方法，包括以下步骤：识别通过使用拍摄器件拍摄具有多个特征点的参考仪器所生成的参考拍摄图像中与一特征点相对应的参考拍摄像素的坐标；通过使用(i)表示拍摄器件几何特征的几何特性信息和(ii)拍摄器件和参考仪器之间的相对位置和姿势信息而将参考仪器上的所述特征点虚拟投影到拍摄器件的像面上，来识别所述像面中与所述特征点相对应的虚拟拍摄像素的坐标；基于所述参考拍摄像素的坐标与所述虚拟拍摄像素的坐标之间的比较，生成用于校正测量目标拍摄图像中所包括的测量目标拍摄像素的坐标的校正信息；和基于所述几何特性信息和所述校正信息，校正通过使用所述拍摄器件拍摄测量对象所生成的所述测量目标拍摄图像中所包括的多个所述测量目标拍摄像素的坐标，以基于依据所述测量目标拍摄像素的坐标而计算的测量3D坐标来识别测量对象的几何形状。专利技术的效果根据本公开，实现了在处理复杂的图像失真时以更高的精度执行测量的效果。附图说明图1A至图1C示出根据实施方式的3D几何形状测量装置的轮廓。图2示出3D几何形状测量装置的配置。图3A和3B分别示出参考仪器的特征点的示例。图4示出如何测量参考仪器。图5示出识别虚拟拍摄像素的坐标的方法。图6示出参考拍摄像素(实际测量拍摄像素)与虚拟拍摄像素之间的误差的示例。图7A至图7F分别示出几何形状识别部所投影的投影图像的类型的示例。图8A至图8D分别示出具有正弦亮度分布的渐变条纹图案的示例。图9示出与二值条纹图案相对应的格雷码(Graycodes)的示例。图10示出绝对投影坐标和相对投影坐标之间的关系。图11示出第一测量目标拍摄像素与第二测量目标拍摄像素之间的对应关系。图12是示出由3D几何形状测量装置执行的生成误差图像的处理过程的流程图。图13是示出由3D几何形状测量装置执行的识别测量对象的几何形状的处理过程的流程图。图14示出(i)深度方向上的坐标与(ii)特定参考拍摄像素的坐标中的误差的横向分量之间的关系。具体实施方式[三维(3D)几何形状测量装置100的概述]图1A至图1C示出根据实施方式的3D几何形状测量装置100的轮廓。图1A示出3D几何形状测量装置100的配置。3D几何形状测量装置100基于测量目标拍摄图像(测量拍摄图像)来测量测量对象的3D几何形状，其中，测量对象由一个或多个拍摄器件拍摄。3D几何形状测量装置100包括作为光学器件的第一拍摄器件1、第二拍摄器件2和投影器件3。3D几何形状测量装置100包括控制部4，其控制光学器件的各种操作。投影器件3是具有光源(例如发光二极管、激光器等)的投影器件。投影器件3将用于识别投影坐标的投影图像(包括图案等)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维几何形状测量装置，其包括拍摄器件，并且基于通过利用所述拍摄器件拍摄测量对象所获得的测量目标拍摄图像，来测量所述测量对象的三维几何形状，所述三维几何形状测量装置包括：/n参考坐标识别部，其识别通过使用所述拍摄器件拍摄具有多个特征点的参考仪器所生成的参考拍摄图像中的与一特征点相对应的参考拍摄像素的坐标；/n虚拟坐标识别部，其通过使用(i)表示所述拍摄器件的几何特征的几何特性信息和(ii)所述拍摄器件与所述参考仪器之间的相对位置和姿势信息，将所述参考仪器上的所述特征点虚拟投影到所述拍摄器件的像面上，来识别所述像面中的与所述特征点相对应的虚拟拍摄像素的坐标；/n校正部，其基于所述参考拍摄像素的坐标与所述虚拟拍摄像素的坐标之间的比较，来生成用于校正所述测量目标拍摄图像中所包括的测量目标拍摄像素的坐标的校正信息；和/n几何形状识别部，其基于所述几何特性信息和所述校正信息，来校正通过用所述拍摄器件拍摄所述测量对象而生成的所述测量目标拍摄图像中包括的多个所述测量目标拍摄像素的坐标，并且基于依据所述测量目标拍摄像素的坐标而计算的测量三维坐标，来识别所述测量对象的几何形状。/n

【技术特征摘要】
20200122 JP 2020-0080251.一种三维几何形状测量装置，其包括拍摄器件，并且基于通过利用所述拍摄器件拍摄测量对象所获得的测量目标拍摄图像，来测量所述测量对象的三维几何形状，所述三维几何形状测量装置包括：
参考坐标识别部，其识别通过使用所述拍摄器件拍摄具有多个特征点的参考仪器所生成的参考拍摄图像中的与一特征点相对应的参考拍摄像素的坐标；
虚拟坐标识别部，其通过使用(i)表示所述拍摄器件的几何特征的几何特性信息和(ii)所述拍摄器件与所述参考仪器之间的相对位置和姿势信息，将所述参考仪器上的所述特征点虚拟投影到所述拍摄器件的像面上，来识别所述像面中的与所述特征点相对应的虚拟拍摄像素的坐标；
校正部，其基于所述参考拍摄像素的坐标与所述虚拟拍摄像素的坐标之间的比较，来生成用于校正所述测量目标拍摄图像中所包括的测量目标拍摄像素的坐标的校正信息；和
几何形状识别部，其基于所述几何特性信息和所述校正信息，来校正通过用所述拍摄器件拍摄所述测量对象而生成的所述测量目标拍摄图像中包括的多个所述测量目标拍摄像素的坐标，并且基于依据所述测量目标拍摄像素的坐标而计算的测量三维坐标，来识别所述测量对象的几何形状。


2.根据权利要求1所述的三维几何形状测量装置，其中，所述拍摄器件的几何特性信息包括使用光学元件的径向方向上的失真相关的系数的函数或使用所述光学元件的周向方向上的失真相关的系数的函数中的至少一个。


3.根据权利要求1或2所述的三维几何形状测量装置，其中，
所述校正部识别所述虚拟拍摄像素的坐标和所述参考拍摄像素的坐标之间的误差，
所述校正部生成误差图像，其中，所识别的误差与对应于所识别的误差的像素的坐标相关联，并且
所述几何形状识别部基于与所述误差图像中的与所述测量目标拍摄像素相对应的像素的坐标相关联的误差来校正所述测量目标拍摄像素的坐标，并基于校正后的坐标来计算所述测量三维坐标。


4.根据权利要求3所述的三维几何形状测量装置，其中，所述校正部基于与不关联于误差的像素的坐标不同的坐标相关联的多个所述参考拍摄像素的多个误差来估算不关联于误差的所述像素的误差，并且通过将与所估算的误差相对应的像素的坐标与所估算的误差相关联来生成所述误差图像。


5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫田薫，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：日本;JP