三维信息测量装置和三维信息测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种三维信息测量装置和三维信息测量方法，除了可用于金属或陶瓷器之外，还可用于汽车或其部件等具有光泽涂装等表面反射强烈的测量对象物，使用图形光投影技术进行三维信息的测量。其中包括：以不直接将图形光照射到测量对象物上的方式进行投影的图形光投影设备（１）；反射由图形光投影设备（１）投影后的图形光并将其影到测量对象物（Ａ）上的反射板（２）；对被反射板（２）反射了的图形光投影后的测量对象物（Ａ）进行摄像而取得投影图形图像照相机设备（３），且照相机设备（３）的镜头的光轴与由反射板（２）反射后的图形光的投影方向不同；以及从投影图形图像计算出测量对象物（Ａ）的三维信息的数据处理装置（４）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属、陶瓷、汽车或其部件等具有光泽涂装等表面反射强烈的测量 对象物的表面的三维信息以非接触方式进行测量的三维信息测量装置和三维信息测量方 法。
技术介绍
三维形状测量是一种通过使用数字照相机进行测量对象物的照相摄像并用计算 机进行图像处理，以非接触方式计算出测量对象物表面的三维形状的方法。通常，三维 形状测量分为不将作为测量辅助的特定的光或电波等照射到测量对象物上进行测量的被 动型和将光、声波或电波等照射到测量对象物上并利用其信息进行测量的主动型两种。被动型的代表性方法是用2台照相机像人的两眼那样从不同的视点摄像测量对 象物的图像，并应用三角测量的原理计算出测量对象物的三维形状的立体视觉方法。借 助于立体视觉的三维形状测量方法是仅使用2台或2台以上的照相机即可对测量对象物的 三维形状进行测量的方法，具有使用简单的设备即可测量物体的三维形状的优点。然而，在这样的被动型方法中，必需采取需要从多幅图像中抽取测量点和对应 点的所谓加对应既进行测量点匹配。因此，在对没有特征的物体或物体的没有特征的部 分，很难进行测量点的加对应匹配，从而不能进行三维形状测量。另一方面，作为主动型的三维信息测量方法，例如专利文献1、2中所述的借助 于图形光投影的方法为人们所知。借助于图形光投影的三维信息测量方法是将图形光投 影到测量对象物上，通过其反射图形的分析，求得物体表面形状的三维信息的方法，其 特征在于也可进行没有特征的测量对象物的测量。图8是表示现有借助于图形光投影的三维信息测量方法的基本原理的几何关系 图。在图8中，Op是图形光投影机的镜头中心，O。是观测用照相机的镜头中心。图形 光投影机与照相机仅隔开一定的距离b而被配置。图形光投影机将测量用的图形光以β 的角度投影到测量点M上。另一方面，观测用照相机观测测量点M并拍摄其图像。此 时的观测角度被定义为α。此时的测量点M在三维空间世界坐标系(O、X、Y、Ζ)中的纵深坐标Z可按下 式求得。Z =-----...(1 )tan α + tan ρα为观测角度(从观测用照相机看到的测量点所在的视角)，β为投影角度(从 图形光投影机投影到测量对象物上的光的方向角)，b为从观测用照相机中心到图形光投 影机中心的距离。现有技术文献专利文献专利文献1 特开2006-145405号公报专利文献2 特开2008-249432号公报
技术实现思路
可是，在测量对象物为金属等表面反射强的物体的情况下，一旦将图形光投影 到测量对象物上，则在被正反射到观测用照相机上的部分形成辉亮光，图形光被非常强 的反射。相反，在正反射以外的部分，反射光的强度比起辉亮光极端地弱，很难摄像三 维信息测量所需的反射图形。因此，在表面反射强的物体的情况下，存在着由于无法摄 像测量对象物的反射图形，故不能进行三维测量的问题。因此，本专利技术的目的在于，提供一种可用于金属、陶瓷、汽车或其部件等施行 光泽涂装等而致使表面反射强烈的测量对象物，也能够进行借助于图形光投影的三维信 息的测量的。本专利技术的三维信息测量装置包含以不直接将图形光照射到测量对象物上的方 式进行投影的投影单元；反射由投影单元投影的图形光(以下，称为“投影图形光”)而 投影到测量对象物上的反射单元；对被反射单元反射了的图形光(以下，称为“反射图 形光”)投影后的测量对象物进行摄像而取得反射图形光图像、且其镜头的光轴与反射图 形光的投影方向不同的摄像单元；以及从反射图形光图像计算出测量对象物的三维信息 的数据处理单元。另外，本专利技术的三维信息测量方法的特征在于，包括以不直接将图形光照射 到测量对象物上的方式进行投影的步骤；反射投影后的图形光(投影图形光)而投影到测 量对象物上的步骤；通过其光轴配置在与反射图形光的投影方向不同方向上的镜头，对 被反射了的图形光(反射图形光)投影后的测量对象物进行摄像而取得反射图形光图像的 步骤；以及从反射图形光图像计算出测量对象物的三维信息的步骤。在将光照射到物体上时，由物体所产生的反射有内部反射和表面反射两种。在 现有的借助于图形光投影的三维测量中，大都利用了内部反射特性。因此，在借助于图 形光投影的测量中，虽然适用于石膏或木材等表面反射弱的测量对象物的测量，但却无 法测量对于金属或陶瓷器等表面反射强的测量对象物却变得无法测量，或者是可测量的 范围变小窄。因此，在本专利技术中，利用反射单元反射使投影后的图形光(投影图形光) 经反射装置反射，并通过光轴配置在与反射后的图形光(反射图形光)的投影方向不同方 向上的镜头进行摄像以取得反射图形光图像。因此，不仅是对于石膏或木材等表面反射弱的测量对象物当然不用说，但被投 影到即便是金属或陶瓷器等表面反射强的测量对象物，由于被投影到测量对象物上的反 射图形光的表面反射成分很难被摄像，故可通过摄像内部反射成分来对测量对象物的表 面形状的三维信息进行测量。另外，本专利技术的三维信息测量装置的特征在于，投影单元、反射单元和摄像单 元以投影单元的投影图形光的投影方向、摄像单元的镜头的光轴、以及反射单元的法线 矢量的平均值方向互不平行的方式进行配置。另外，本专利技术的三维信息测量装置的特征在于，数据处理单元根据通过由投影 单元投影后的图形光的投影图形、由反射单元反射后的反射图形光的图形、以及由摄像 单元摄像的反射图形光图像的比较所算出的测量点的纵深距离值，计算出测量对象物的表面形状的三维信息。另外，其特征在于，数据处理装置根据投影图形光的被测量图形条纹的投影方 向角、反射板的设置角度、反射图形光的被测量图形条纹的视角，计算出测量点的纵深距离值。另外，本专利技术的三维信息测量装置的特征在于，图形光依据测量对象物的形 状、颜色和表面反射特性自动地调节自身的强度分布、色分布和空间频率分布，使得由 摄像单元摄像的图像的色强度分布变得恰当。另外，本专利技术的三维信息测量装置的特征在于，摄像装置的曝光时间、摄像速 度和白平衡依据投影图形光的特征和测量对象物的形状、颜色和表面反射特性自动地进 行调节。专利技术效果根据本专利技术，仅通过将图形光经反射单元投影到测量对象物上并进行摄像，就 能够根据该摄像到的图象很容易计算出测量对象物的表面形状的三维信息。由此，不仅 仅是石膏或木材等表面反射弱的测量对象物，即便是金属、陶瓷、汽车或其部件等具有 光泽涂装等表面反射强的测量对象物，其的表面形状的三维信息或尺寸也能够通过简单 的结构以低成本实现高精度且高速度的测量。附图说明图1是本专利技术的实施方式中的三维信息测量装置的整体结构图。图2是表示本实施方式中的三维信息测量装置的详细结构的框图。图3是本实施方式中的利用三维信息测量装置的物体的表面形状的三维信息测 量处理的流程图。图4是表示本实施方式中所使用的4种投影图形的例子的图。图5是本专利技术的另一实施方式中的三维信息测量装置的整体结构图。图6是表示本实施方式中的三维信息测量方法的基本原理的几何关系图。图7是表示本实施方式中的三维信息测量方法的基本原理的几何关系图。图8是表示现有的利用图形光投影的三维信息测量方法的基本原理的几何关系 图。符号说明1、1-1、1-2图形光投影设备2、2-1、2-2 反射板3、3-1、3-2照相机设备4数据处理单元4a 接口5a、5b 传送电缆10存储单元11投影图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维信息测量装置，其中包括：投影单元，以不直接将图形光照射到测量对象物上的方式进行投影；反射单元，反射由上述投影单元投影的图形光即“投影图形光”而投影到上述测量对象物上；摄像单元，对被上述反射单元反射了的图形光即“反射图形光”投影后的上述测量对象物进行摄像而取得反射图形光图像，其镜头的光轴与上述反射图形光的投影方向不同；以及数据处理单元，从上述反射图形光图像计算出上述测量对象物的三维信息。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：卢存伟，
申请(专利权)人：学校法人福冈工业大学，株式会社三D图像研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]