[发明专利]三维测量方法、三维测量程序和机器人设备

说明书

技术领域

本发明涉及基于所拍摄的图像的工件(work)的三维测量。

背景技术

通常，作为通过照相机拍摄测量目标(以下简称为工件)的图像并基于所拍摄的图像来求得工件的三维点的坐标的方法，被称为立体法(stereo method)的方法被广泛已知。该立体法用于使用照相机的视差来测量三维位置。首先，在通过具有不同视点的两个照相机所拍摄的图像之间求得关于三维位置的要测量的点的对应点。然后，使用这些图像上的对应点和照相机的位置之间的位置关系，基于三角测量的原理来计算三维位置。

这种立体法广泛用于三维测量技术(其用于例如产品检查或通过工业机器人的工件的识别)，并且例如用于计算工件的线状边缘(线状部分)的三维直线的公式。

也就是说，在已知关于工件的设计数据的情况下，当计算工件的线状边缘的直线的两个或更多个三维公式以便确定工件的姿势时，则原则上可以从设计数据等求得工件的三维位置。然后，使用线状部分上的两个或更多个点的三维位置来计算这些线状部分的直线的三维公式，并且上述立体法被用于计算线状部分上的点的位置。

然而，与求得点状物体的三维位置的情况不同，在通过一个照相机所拍摄的图像的直线上的一个点的情况下，难以在通过另一照相机所拍摄的图像的直线上指定与该一个点相对应的点。

于是，为了检测各图像平面中的线状部分的对应点，已知使用被称为极线(epipolar line)的虚拟基准线。该极线是通过将关于由照相机中的一个所观看的物体(例如，工件的线状部分上的一个点)的视线投影到通过另一照相机所拍摄的图像上来获得的，并且可以说要求得的对应点位于该极线上。因此，为了关于一个图像上的线状部分上的一个点指定另一图像上的对应点，可以在另一图像上绘制极线并且可以使该极线与另一图像的线状部分的交点作为对应点。

然而，该极线被投影到图像平面上作为包括两个照相机的视点和工件上的点的平面(极平面)与各图像平面相交的直线，因此其梯度将由两个照相机之间的位置关系来唯一地确定。结果，在具有与该极线平行的梯度的线状部分的情况下，由于极线和线状部分重叠，因此不能指定对应点。

此外，当图像上极线与线状部分之间的交叉角度接近平行时，与图像上的线状部分的检测的误差相比，对应点的检测误差的影响变得显著，并因此存在测量精度、尤其是深度方向上的测量精度下降的可能性。

于是，传统上提出使用算子来提取相对于极线具有接近直角的交叉角度的线状部分、由此仅提取相对于极线具有充分的相对角度的线状部分的技术(参见PTL1)。

引文列表

专利文献

PTL1：日本专利申请公开No.H05(1993)-5609

发明内容

技术问题

以这种方式，仅提取相对于极线具有接近直角的交叉角度的线状部分允许求得图像之间的对应点。结果，如图10A所示，当可以从实际工件的边(线状部分)L的一端到另一端精确地提取边缘时，只要可以提取两个或更多个相似的边缘，就可以精确地三维恢复工件。

然而，实际上，如图10B所示，由于诸如图像的对比度和工件的形状(例如工件的角部为曲线)的问题，因而可能难以从所拍摄的图像严格提取出直至线状部分S的端部的边缘。

在这种情况下，为了测量工件的三维位置，需要求得对于极线具有接近平行的交叉角度的线状部分的三维直线的公式与对于极线具有接近直角的交叉角度的线状部分的三维直线的公式之间的交叉点，以便计算端点。

于是，本发明的目的在于提供能够三维地恢复具有接近平行于极线的交叉角度的边缘的三维测量方法、三维测量程序和机器人设备。

问题的解决方案

根据本发明的三维测量方法，包括以下步骤：由运算单元获取由第一和第二照相机所拍摄的工件的立体图像；由所述运算单元从所获取的立体图像提取边缘；由所述运算单元从在所述立体图像上提取的边缘中选择所述工件的存在于同一平面上的边缘；由所述运算单元通过立体法三维地恢复存在于所述同一平面上的边缘中的至少两个第一边缘，所述第一边缘位于关于通过与极线交叉所形成的90°的交叉角度的预定角度范围内；由所述运算单元使用经三维恢复的至少两个第一边缘来计算包括经三维恢复的第一边缘的三维平面；以及由所述运算单元通过将存在于与所述第一边缘相同的平面上的边缘中的第二边缘投影在所述三维平面上来三维地恢复所述第二边缘，所述第二边缘位于关于通过与极线交叉所形成的90°的交叉角度的预定角度范围外。