[发明专利]三维测量设备、三维测量方法和计算机程序

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维测量设备、三维测量方法和计算机程序。

背景技术

在诸如制品的三维形状检查、物理尺寸测量和组装定位等的通常被称为机器人视觉的领域中使用针对三维形状的测量设备。

存在针对三维形状的非接触测量的各种方法，并且这些方法既有优点也有缺点。例如，作为三维形状的测量方法的使用激光狭缝光的光切法的优点在于可以使用诸如扫描器、反射镜和半导体激光器等的紧凑型组件来执行该方法。然而，光切法的缺点在于该方法需要拍摄与扫描线一样多的图像，因而不利于对具有三维形状的物体进行高速测量。

作为用以克服这种缺陷的方法，存在被称为空间编码法的如下方法：通过将作为明暗图案的狭缝状光图案投射到物体上以进行空间分割，来测量三维形状。在该空间编码法中，要拍摄的图像的数量仅需为(log₂N)，其中N是空间分割数。因而，与光切法相比，空间编码法使得能够利用较少的所拍摄图像来测量具有三维形状的物体。

然而，在空间编码法中，在进行空间分割时，空间分割的分辨率受到投射图案的量化所使用的位数限制。

因而，存在被称为多狭缝光空间测量法的如下方法：使用空间编码法一直达到特定阶段，并且同时利用光切法来测量空间分割后的各区域的三维形状(参考专利文献1)。

该方法与光切法相比使得能够利用甚至更少的所拍摄图像来测量具有三维形状的物体，并且与仅使用空间编码法的测量相比使得能够利用更高的空间分辨率来测量具有三维形状的物体。

迄今为止，使用上述原理已提高了物体的三维形状的测量精度。

通过例如投射激光狭缝状光或狭缝状光图案来测量形状的三维形状测量设备根据投射光的反射光的拍摄状态而在针对测量值所基于的测量线的检测方面存在问题。换句话说，根据表示来自物体的光的反射特性的双向反射率分布函数(BRDF)，在理想状态(漫反射)下可能无法进行测量线的检测并且可能存在镜面性。由于该情况，例如，在三维形状测量设备中，对测量线的间接反射进行测量。

在这种情况下，由于观察到真实的测量线(由于直接反射所引起的测量线)和虚假的测量线(由于间接反射所引起的测量线)，因此测量距离值的可靠度可能变低。此外，在被摄体的反射强度低的情况下，测量线的信噪比(S/N比)可能下降，这导致难以观察到物体并且在例如观察到大量噪声成分的情况下测量距离值的可靠度下降。

另外，在从被摄体的观察方向观看被摄体的情况下出现依赖于该被摄体的倾斜状态的问题。在被摄体的表面与三维测量设备的投射器设备和照相机设备的光轴垂直的情况下，这被视为作为测量状态的良好状态。然而，在被摄体的表面与三维测量设备的投射器设备和照相机设备的光轴之间的角度由于倾斜而相对于上述状态改变的情况下，由于激光狭缝光或狭缝状光图案的投射所引起的反射光量下降。这导致观察信号内的噪声增加并且信噪比下降。

此外，在测量线之间的距离变得小于照相机设备的像素分辨率的情况下、即在狭缝状光图案的测量分辨率超过照相机设备的分辨率的奈奎斯特(Nyquist)频率的情况下，在图像的相应部分附近测量状态变得不稳定。

因而，在专利文献1中，通过将用于检测表示狭缝状光图案的一部分的空间分割的代码的编码错误的光图案投射到物体上，来检测编码错误。

然而，专利文献1所公开的方法例如需要投射新的图案以去除间接光的影响。尽管可以测量出间接光的影响，但这导致投射狭缝状光图案的操作次数增加。换句话说，专利文献1所公开的方法在测量三维形状时与通常方法相比需要更加频繁地摄像。因而，专利文献1所公开的方法导致测量时间增加并且难以对物体的三维形状进行高速测量。

此外，存在如下情况：由于如上所述照相机设备和投射器设备的光轴相对于被摄体的表面发生倾斜而导致拍摄了频率高于Nyquist频率的狭缝状光图案的情况、或者被摄体的反射率低的情况。在专利文献1所公开的方法中，应对在这些情况下发生的信噪比的下降并不容易。

引文列表

专利文献

专利文献1：日本特开2000-337829

发明内容

本发明是考虑到上述情形而作出的，并且本发明的目的在于在空间编码方法中高速地对被摄体的三维形状进行测量。