[发明专利]投影图案制作装置以及三维计量装置

说明书

本发明提供一种投影图案制作装置以及三维计量装置。投影图案制作装置用于通过利用拍摄装置拍摄来自图案投影装置的投影图案来计量对象物体的三维位置或者/以及形状，其具有：投影图案变形部，其根据图案投影装置以及拍摄装置的光学系统的特性或者/以及两者的位置关系，再现所投影的投影图案映现到拍摄装置的图像上时的变形来生成变形投影图案；以及第一投影图案改善部，其根据朝向相对于图案投影装置或者拍摄装置的位置、倾斜不同的评价面投影了第一投影图案时生成的第一变形投影图案，生成改善第一投影图案而得的第二投影图案。

技术领域

本发明涉及投影图案制作装置以及三维计量装置，特别是涉及考虑图案变形的影响来生成图案的投影图案制作装置以及使用所生成的图案的三维计量装置。

背景技术

计量对象物的三维形状的三维计量装置由图案投影装置和拍摄装置构成，从图案投影装置向对象物投影图案，通过拍摄装置来拍摄其样子，处理拍摄到的图像，由此计量对象物的三维形状。

为了求出三维形状，需要利用映现到图像上的图案的几何特征，求出图像之间或者图像与图案的对应关系，因此，投影的图案是左右三维计量装置性能的重要要素。

提出了各种方式的三维计量装置，特别是，能够用一个图案来进行计量的三维计量装置存在如下优点：由于一次完成图案的拍摄，因此可以在短时间内进行计量，还可以计量移动物体。

在利用拍摄装置拍摄从图案投影装置投影到对象物的图案时，映现在拍摄到的图像上的图案受图案投影装置和拍摄装置的光学系统、对象物与图案投影装置以及拍摄装置的相对位置关系、以及对象物形状的影响，会出现变形。有时因该图案变形的影响而无法准确地计量对象物的三维形状。

图案投影装置在对准了焦点的位置投影最鲜明的图案。图1表示以往的图案投影装置投影的图案的一例。如图1所示，(1)～(8)即使将图案的尺寸设定得小也可以识别到细微的格子。

越是远离对准了焦点的位置，投影的图案越是模糊。同样地，拍摄装置也在对准了焦点的位置拍摄最鲜明的图像，越是远离对准了焦点的位置越是拍摄模糊的图像。

图2表示以往的投影装置投影的图案模糊时的示例。如图2所示，在图案细微的情况下，若远离焦点位置则细微的格子模糊而无法判别图案的形状。

在对象物存在凹凸时或对象物相对于三维计量装置倾斜时，有时因图案投影装置、拍摄装置以及对象物表面的相对关系，使得映现到图像上的图案被拉长或反之被压扁。

图3表示以往的图案投影装置、拍摄装置以及对象物的位置关系的一例。此外，图4表示以往的图案投影装置投影的图案被拉长时的示例。例如，图案投影装置1、拍摄装置2以及对象物31处于图3所示那样的相对位置关系时，映现到图像上的图案在横向被拉长而如图4所示。为了识别图案就需要与图案被拉长相应地处理大范围的图像。

图5表示以往的图案投影装置、拍摄装置以及对象物的位置关系的其他示例。此外，图6表示以往的图案投影装置投影的图案被压扁时的示例。当图案投影装置1、拍摄装置2以及对象物32处于图5所示那样的相对位置关系时，映现到图像上的图案在横向被压扁而如图6所示。若图案被压扁则无法判别细微图案，无法计量三维形状。

目前为止，提出了各种通过一个图案进行计量的三维计量装置。

例如，提出了将不同的两个图案同时投影到对象物，将拍摄到的图像分解成两个频率来拍摄，由此，通过一次拍摄来进行三维计量这样的三维计量装置(例如，日本特开2001-349713号公报)。

上述技术存在若映现到图像上的图案产生模糊则无法进行准确计量这样的问题。

除此之外，还提出了如下三维计量装置：将用于进行粗略对准的投影图案、与用于获得三维点的投影图案汇聚为一个投影图案，通过进行一次图案投影来进行三维计量(例如，日本专利第5322206号公报)。