[发明专利]测量设备、测量方法和程序

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于基于被投影了具有亮部和暗部的图案化光的被摄体的拍摄图像来进行测量的测量设备和测量方法。

背景技术

已知一种图案投影方法，在该图案投影方法中，拍摄被投影了数次图案化光的被摄体，以使用三角测量原理来根据图案的变形测量被摄体的形状。在其它方法中，在三维测量中经常使用空间编码方法，在空间编码方法中，投影以特定间隔交替配置亮部和暗部的条纹光图案，并且对空间进行二进制编码。

图13示出使用空间编码方法的被摄体形状测量设备的结构和测量方法的概念。通常，该形状测量设备包括用于向要测量的被摄体投影图案的投影仪130和用于拍摄反射图案的照相机131。投影仪130将以特定间隔交替配置亮部和暗部的条纹光图案投影至被摄体132。条纹光图案具有预定多个图案形状，并且将每一个图案形状投影至被摄体132。

拍摄被投影了这多个图案形状的被摄体132以获取图像数据。在图13中，将被摄体132的亮部和暗部的边界位置作为(X，Y，Z)。将通过连接边界位置(X，Y，Z)与投影仪130和照相机131所确定的投影仪130和照相机131的光线位置分别作为(X1，Y1)和(X2，Y2)。

可以通过照相机131的图像传感器(CCD传感器或CMOS传感器)的水平坐标确定照相机131的光线位置(X2，Y2)。根据图像传感器的水平宽度和垂直宽度确定水平坐标。例如，对于640×480像素的图像传感器，水平方向上的x坐标具有值0～640，并且垂直方向上的y坐标具有值0～480。

同样，可以通过光投影传感器(CCD传感器或CMOS传感器)的水平坐标确定投影仪130的光线位置(X1，Y1)。根据设备的结构条件确定投影仪130和照相机131之间的基线长度L。可以使用三角测量原理根据这些参数确定被摄体132的边界位置(X，Y，Z)。通过全面确定被摄体132的边界位置(X，Y，Z)，使得能够测量被摄体132的三维形状。

下面说明测量所使用的条纹光图案的形状。图14A、14B和14C示出以相等间隔交替配置亮部和暗部的二进制编码条纹光图案。反射图案的黑色部分对应于0，并且白色部分对应于1。

在图14A中，将整个区域分成两个部分，并且将2个区域编码为1和0。在图14B中，对每一个对分区域进一步进行对分，并且将4个区域编码为1、0、1和0。投影并拍摄相应的条纹光图案。

在图14C中，对每一个四分区域进行对分，并且将8个区域编码为1、0、1、0、1、0、1和0。投影并拍摄相应的条纹光图案。因此，向各区域设置编码区域号码以使得能够确定各区域。

在图14A、14B和14C中，可以确定各区域为(1，1，1)、(1，1，0)、(1，0，1)、(1，0，0)、(0，1，1)、(0，1，0)、(0，0，1)和(0，0，0)。这被称为三位空间编码。当详细测量形状时，在顺序对分区域的同时投影n个条纹光图案，并且设置区域号码以使得能够确定各区域，其中，将被投影仪投影了条纹光图案的区域分成2ⁿ(2的n次方)个。在一般三维测量中，进行8位或9位编码。

在图14C中，亮部和暗部在宽度上最小。将该条纹光图案称为LSB图案光。将亮部和暗部的宽度称为最小宽度。可以基于图像传感器的水平宽度W和位数确定最小宽度的大小。在N位空间编码中，最小宽度＝W/(2ⁿ)。

代替图14A、14B和14C中的简单二进制码，空间编码可以使用具有编码容错的被称为格雷码的二进制码。图15A、15B和15C示出格雷码。在图15A中，将2个区域编码为1和0。在图15B中，将4个分割区域编码为1、0、0和1。在图15C中，将8个分割区域编码为1、0、0、1、1、0、0和1。

即使在格雷码中，类似地获得最小宽度的概念作为最小宽度＝W/(2ⁿ)。即使由于空间编码图案的位移或模糊而在区域之间的边界发生编码错误，使用格雷码也不会在整个区域中导致编码错误。通常，空间编码方法使用格雷码。

需要根据拍摄图像数据精确确定亮部和暗部之间的水平x坐标位置(以下称为边界位置)来提高空间编码方法的三维测量的精度。图16A和16B是描述亮部和暗部之间的边界位置的图。图16A和16B是示出拍摄图像数据的亮度和水平坐标x的图。