三維測量設備和三維測量方法技術

本發明專利技術涉及一種三維測量設備和三維測量方法。三維測量設備包括：檢測單元，用于在攝像單元所拍攝的圖像中，檢測被投影到測量空間內的同一平面上預先設置的多個圖案檢測區域的圖案在攝像像素面上的位置信息；以及對應關系計算單元，用于使用所述位置信息，來計算測量之前預先檢測到的投影單元的投影像素面上的所述圖案與測量時所述投影單元的投影像素面上的所述圖案之間的對應關系。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種，該三維測量設備能夠對用于測量被攝體的表面形狀的三維測量設備中所發生的設備誤差進行校準。
技術介紹
作為用于以非接觸方式測量被攝體的表面形狀的設備，傳統上存在一種用于使用投影單元和攝像單元基于三角測量方法的原理來測量該表面形狀的設備。將對該測量方法進行說明。首先，投影單元將圖案投影到被攝體上。接著，攝像單元對投影了圖案的被攝體進行拍攝。根據所拍攝的圖像數據對圖案在攝像單元的攝像像素面上的位置進行檢測。接下來，使得圖案在投影單元的投影像素面上的位置與圖案在攝像像素面上的位置彼此相對應。通過校準來獲得投影單元和攝像單元之間的位置關系。例如，預先獲得(統稱為校準值的)如下信息投影單元和攝像單元之間的基線長度、攝像單元和投影單元的轉動/平移信息、投影單元和攝像單元的設備特定參數、焦距、光軸主點位置、以及鏡頭像差值等。最后，使用三角測量方法的原理，根據校準值以及投影像素面上的圖案和攝像像素面上的圖案之間的位置關系來對設備到被攝體的距離進行測量。在用于使用投影單元和攝像單元來測量被攝體的表面形狀的設備中，通常，所使用的裝置的形狀和配置由于例如與溫度變化相關聯的熱膨脹/收縮效果而隨著時間發生微小變化。由于該原因，在測量環境中容易發生溫度變化或者進行了長時間測量的情況下，圖案投影位置發生微小變化。這導致即使在相同的條件下測量相同的被攝體，表面形狀的結果也會存在誤差。為了解決該問題，日本特開平8-054234提出了一種通過配置多個精確地已知相距三維測量設備的距離的對象來校準基線長度、投影單元的投影角度和攝像單元的攝像角度這三個參數的方法。日本特開平5-248830提出了一種通過對從投影單元投影至三維測量設備內部的測量光束進行分光并獲得預先存儲的光束投影位置與分離出的光束的投影位置之間的差來執行校準的方法。然而，在日本特開平8-054234中，需要精確地獲知各對象與設備之間的距離，并且實際操作中的設置也較為麻煩。另外，由于各對象和設備本身之間的距離可能隨著時間而變化，因此校準值的可靠度低。在日本特開平5-248830中，向該設備添加新的設備。這在設備的小型化和成本方面造成問題。
技術實現思路
本專利技術是考慮到上述問題而做出的，并且提供一種能夠校準測量誤差的三維測量設備。根據本專利技術的一個方面，提供一種三維測量設備，包括投影單元和攝像單元，其中所述投影單元用于對預定圖案進行投影，并且所述攝像單元用于對投影了所述圖案的被攝體進行拍攝，所述三維測量設備還包括檢測單元，用于在所述攝像單元所拍攝的圖像中，檢測被投影到測量空間內的同一平面上預先設置的多個圖案檢測區域的所述圖案在攝像像素面上的位置信息；以及對應關系計算單元，用于使用所述位置信息，來計算測量之前預先檢測到的所述投影單元的投影像素面上的所述圖案與測量時所述投影單元的投影像素面上的所述圖案之間的對應關系。根據本專利技術的另一方面，提供一種三維測量設備的三維測量方法，所述三維測量設備包括投影單元和攝像單元，其中所述投影單元用于對預定圖案進行投影，并且所述攝像單元用于對投影了所述圖案的被攝體進行拍攝，所述三維測量方法包括以下步驟檢測步驟，用于在所述攝像單元所拍攝的圖像中，檢測被投影到測量空間內的同一平面上預先設置的多個圖案檢測區域的所述圖案在攝像像素面上的位置信息；以及計算步驟，用于使用所述位置信息，來計算測量之前預先檢測到的所述投影單元的投影像素面上的所述圖案與測量時所述投影單元的投影像素面上的所述圖案之間的對應關系。根據本專利技術，可以提供一種能夠校準測量誤差的三維測量設備。通過以下(參考附圖)對典型實施例的說明，本專利技術的其它特征將變得明顯。·附圖說明圖I是示出根據實施例的三維測量設備的基本結構的框圖；圖2A 2F是示出投影圖案的例子的圖；圖3A 3D是用于說明三維測量設備所進行的校準和三維測量處理的示意過程的圖；圖4是用于說明根據第一實施例的三維測量設備所進行的校準和三維測量處理的過程的流程圖；圖5是示出根據第二實施例的投影圖案的圖；圖6是用于說明根據第二實施例的線性插值的圖；以及圖7是用于說明根據第三實施例的極線約束(epipolar constraint)的圖。具體實施例方式第一實施例圖I是示出根據本實施例的三維測量設備的基本結構的框圖。測量設備的基本結構包括投影儀3，用于將圖案投影到被攝體2上；照相機4，用于對投影了圖案的被攝體2進行拍攝；以及測量計算單元1，用于指示進行圖案的投影和拍攝并且對所拍攝的圖像數據執行計算處理，由此進行三維測量。測量計算單元I包括中央控制單元5、圖案存儲器6、圖像存儲器7、參數存儲單元8、測量處理單元9、區域檢測單元10、第一計算單元11、第二計算單元12以及基準信息處理單元13。這些單元通過總線彼此連接以發送/接收命令和數據。圖案存儲器6由諸如ROM等的存儲單元構成。圖案存儲器6存儲用于對投影儀3要投影的圖案進行設置的圖案形狀程序和用于對投影時間進行設置的時間帳戶程序等。中央控制單元5具有用于指示屬于測量計算單元I的各單元的功能。在接收到來自中央控制單元5的投影指令時，圖案存儲器6將圖案發送至投影儀3。在圖案存儲器6中準備了諸如用于三維測量的測量圖案、用于校準測量誤差的校準圖案以及用于同時執行三維測量和校準的校準測量圖案等的多個圖案。校準測量圖案是校準圖案和測量圖案的組合。稍后將參考圖2A 2F說明測量圖案和校準圖案。圖案存儲器6根據來自中央控制單元5的指令發送圖案中的一個。中央控制單元5具有用于使投影儀3用作投影單元的中央控制單元的功能。時間帳戶信號被發送至投影儀3和照相機4以對圖案投影和拍攝定時進行管理。照相機4用作用于獲取所拍攝圖像的攝像單元。將照相機4所拍攝的圖像數據(所拍攝圖像)臨時存儲在圖像存儲器7中。圖像存儲器7根據來自中央控制單元5的指令將圖像數據發送到測量處理單元9或區域檢測單元10。發送到測量處理單元9的過程是不對測量誤差進行校準的過程。發送到區域檢測單元10的過程是用于校準測量誤差的過程。在實際處理中，對于三維測量處理，圖像數據經過了二值化處理和銳化處理等。這些處理與本實施例不相關，并且將省略對其的說明。在本實施例中，假定從圖像存儲器7發 送來的圖像數據已經過了所需處理。區域檢測單元10針對圖像數據在同一預定平面上設置多個區域，檢測投影在各個區域上的校準圖案，并且根據校準圖案的幾何特征來檢測用作圖案的位置信息的位置坐標。通過繪出照相機4的攝像像素面的像素的坐標系上的坐標來表示作為檢測結果的位置坐標。為了如本專利技術的目的那樣進行誤差校正，需要在測量之前預先檢測圖案的位置信息并且設置基準位置。在本實施例中，在進行用于獲得投影儀3和照相機4的轉動/平移信息以及作為投影單元和攝像單元的設備特定參數的校準值的校準時還檢測圖案位置坐標的基準位置。將所檢測到的攝像像素面上的圖案位置坐標發送到基準信息處理單元13。將在測量時檢測到的攝像像素面上的圖案位置坐標發送到第一計算單元11。基準信息處理單元13使用圖案位置坐標的基準位置，來對校準時的照相機4的攝像像素面和投影儀3的投影像素面之間的對應關系進行計算。稍后將參考圖3A 3D說明圖案存儲器6中所存儲的圖案的對應關系。參數存儲單元8由諸如ROM或RAM等的存儲單元構成。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種三維測量設備，包括投影單元和攝像單元，其中所述投影單元用于對預定圖案進行投影，并且所述攝像單元用于對投影了所述圖案的被攝體進行拍攝，所述三維測量設備還包括：檢測單元，用于在所述攝像單元所拍攝的圖像中，檢測被投影到測量空間內的同一平面上預先設置的多個圖案檢測區域的所述圖案在攝像像素面上的位置信息；以及對應關系計算單元，用于使用所述位置信息，來計算測量之前預先檢測到的所述投影單元的投影像素面上的所述圖案與測量時所述投影單元的投影像素面上的所述圖案之間的對應關系。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：高林志幾，
申請(專利權)人：佳能株式會社，
類型：發明
國別省市：