[发明专利]非静止物体的三维图像测量装置，三维图像测量方法以及三维图像测量程序

说明书

技术领域

本发明涉及对非静止物体投影规定的图形光并且非接触地对三维信息进行测量的三维图像测量装置、三维图像测量方法以及三维图像测量程序。

背景技术

近年来，在质量管理、安全防范或安全管理等各种领域中，在生产线或生产现场等，要求进行非静止生产物的形状测量或所在空间位置的测量等，或者取得移动中或不能静止的人体的脸、躯体、手脚等三维形状数据，期待这些非静止物体的非接触并且高速的三维测量装置的开发。

现有，在三维图像测量中，广泛应用三角测量的原理。图12示出基于三角测量的原理的三维图像测量的原理与坐标关系。此外，作为三维图像测量的方法，有不对测量对象物体照射成为测量辅助的特定光或电波等而进行测量的被动型的方法、和对测量对象物体照射光、声波或电波等并利用其信息进行测量的主动型的方法，被动式三维图像测量的代表方法是立体观察方法。

在图12中，在点O₁和点O₂这两点分别放置照相机1和照相机2，利用照相机1的测量对象物体A上的测量点P的方位角α和照相机2的测量对象物体A上的测量点P的方位角β，计算测量点P的进深距离Z。此处，测量对象物体A的测量点P的三维世界坐标系中的进深距离Z由下式计算。

[数式1]

Z=dtanα-tanβ···(1)]]>

此处，d是点O₁和点O₂的这两点间的距离，是已知的，若能够测量测量点的方位角α和β，则能够计算进深距离Z。

立体观察方法的特征在于，仅这样使用两台照相机，从多个视点对测量对象物体的照片进行多张摄影，就能够进行三维图像测量，也能够应对移动物体。但是，对于立体观察这样的被动的三维图像测量方法来说，需要进行测量点P的对应，所以，自动化是困难的。此外，特征较少的部分难以测量，所以，对被照相机摄影的测量对象物体的所有部分的测量、所谓的全视野测量是困难的。

另一方面，作为主动的测量方法，有图形光投影测量方法。在图形光投影测量方法中，在图12的点O₁处放置投光机，在点O₂处放置照相机。并且，从点O₁的投光机以投影角度α向测量点P投影图形光，利用点O₂的照相机对所投影的图形进行观测，根据照相机的图像平面的被观测到的图形的位置，确定观测角度β，并且，利用式(1)计算进深距离Z。因此，若对照相机所观测的测量对象物体的所有部分投影图形光，则能够进行全视野测量。

上述是图形光投影测量最大的特长。但是，在现有的点图形光投影法、缝图形光投影法或空间编码化图形光投影法等方法中，在测量中需要多次图形光投影和摄影，测量要花费时间。特别是，在进行多次图形光投影和摄影时，需要物体静止这样的前提条件。在物体运动的情况下，多次摄影图像中的投影图形的方向信息发生变化，不能够进行三维测量。

此外，为了缩短图形光投影测量方法的测量时间，需要减少投影次数。因此，为了以一次投影检测更多的投影图形条纹信息，提出了如下的测量方法：并非采用黑白二色的投影图形，而投影具有多个强度等级或者多个颜色条纹的强度调制或者色调制图形光。

例如，在专利文献1所提出的方法中，利用图形光投影装置，连续向测量对象物体投影两个条纹图形，利用设置在与投光装置相同的光轴上的照相机1和设置在与投光装置不同的光轴上的照相机2，对各个条纹图形的投影像进行摄影，通过图像处理求出条纹的方向特性，进一步计算测量对象物体的三维信息。但是，在该方法中，在测量中需要两次以上的图形光投影，所以，应对移动物体是困难的。此外，在该方法中，需要设置两台照相机，所以成本较高。此外，两台照相机中的一台需要使光轴与投光装置一致，所以，安装是困难的。此外，该光轴的安装也成为产生测量误差的原因之一。