[发明专利]三维测定装置和三维测定方法

说明书

三维测定装置的特征在于，具有：投影单元，其将具有二维编码图案的图案光投影到所述测定对象物上，所述二维编码图案是二维地配置分别具有不同的二维构造且能够相互区分的多个种类的字而成的；摄像单元，其拍摄被投影所述图案光的所述测定对象物；以及计算单元，其根据由所述摄像单元拍摄到的图像计算该图像的对象像素的三维位置，所述二维编码图案二次对称。优选二维编码图案是按照每列在列方向上重复规定的字而得到的图案，从一端起第k列的字与使从另一端起第k列的字旋转180°而得到的字相同。此外，优选投影单元通过衍射光学元件生成图案光。

技术领域

本发明涉及对图案光进行投影而对测定对象物的三维位置进行测定的三维测定技术。

背景技术

作为对测定对象物的三维形状进行测定的方法，公知有主动型计测(active计测)。在主动型计测中，在对测定对象物投影图案光的状态下进行拍摄，根据拍摄到的图像上的图案的位置，使用三角测量的原理求出测定对象物的三维形状(各像素的三维位置)。

在主动型计测中，仅根据一张图像就能够测定三维形状的单触发主动测量也是特别有益的技术。其理由可举出：第一，由于仅利用一张图像，因此能够进行实时测量；第二，还能够测量移动物体；第三，在摄像机移动的情况下(例如在摄像机安装在机器人的手上的情况下)也能够进行测量。

单触发主动测量能够大致分成ToF(Time-of-Flight：飞行时间)法和使用构造光(图案光)的方法这两种。ToF法是根据从传感器发光部发出的光到达受光部为止的光路长度来测定距离的方式。另一方面，在使用构造光的方法中，在对测定对象物投影图案光的状态下进行拍摄，根据拍摄到的图像上的图案的位置求出测定对象物的三维形状。在本说明书中，对使用构造光的方法进行说明。使用构造光的方法具有高精度(特别是在近距离中)、宽视野、低成本这样的优点。

作为构造光的一例，专利文献1公开有使用随机点图案的方法。非专利文献2提示使用具有随机构造的图案的系统。但是，当使用随机点时，存在作为基础的算法即模板匹配所需要的计算量增多这样的问题。

此外，非专利文献1和专利文献2公开有使用进行空间编码后的图案光的方法。非专利文献1和专利文献2中的二维图案具有二维地铺设被称作图元(primitive)的图案结构要素而得到的构造。包含多个图元的窗口(例如由2×3的图元构成)能够由该窗口中包含的多个图元来确定。因此，根据摄影图像检测图元的排列，由此能够计算三维位置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-212385号公报

专利文献2：美国专利第8090194号说明书

非专利文献

非专利文献1：P.Vuylsteke and A.Oosterlinck,Range image acquisitionwith a single binary-encoded light pattern,IEEE Trans.Pattern Analysis andMachine Intelligence,Vol.12,No.2,pp.148-164,1990.

非专利文献2：Hiroshi Kawasaki,Hitoshi Masuyama,Ryusuke Sagawa and RyoFurukawa,“Single Color One-shot Scan using Topology Information”,ComputerVision ECCV 2012.Workshops and Demonstrations,DOI 10.1007/978-3-642-33885-4_49

发明内容

发明要解决的课题